DE102021127869A1

DE102021127869A1 - Analysevorrichtung

Info

Publication number: DE102021127869A1
Application number: DE102021127869.4A
Authority: DE
Inventors: Ryosuke Imai; Kenichiro Hirose
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2022-11-03
Also published as: JP2022170900A; CN115266578A; US11686668B2; US20220349813A1; US20230280267A1

Abstract

Eine Analyse- und Beobachtungsvorrichtung umfasst Folgendes: einen Sender für elektromagnetische Wellen, der eine primäre elektromagnetische Welle abstrahlt; ein reflektierendes Objektiv mit einem Primärspiegel, der eine primären Reflexionsfläche aufweist, die eine sekundäre elektromagnetische Welle reflektiert, und einem Sekundärspiegel, der mit einer Sekundärreflexionsfläche versehen ist, die die sekundäre elektromagnetische Welle aufnimmt und weiter reflektiert; einen ersten und einen zweiten Detektor, die die sekundäre elektromagnetische Welle empfangen und ein Intensitätsverteilungsspektrum erzeugen; und eine Steuerung, die eine Komponentenanalyse einer Probe basierend auf dem Intensitätsverteilungsspektrum durchführt. Ein durchlässiger Bereich, durch den die primäre elektromagnetische Welle übertragen wird, ist in der Mitte des Sekundärspiegels vorgesehen. Der durchlässige Bereich überträgt die primäre elektromagnetische Welle, die vom Emitter für elektromagnetische Wellen abgestrahlt und durch eine Öffnung des Primärspiegels geleitet wurde, wodurch die primäre elektromagnetische Welle entlang einer optischen Analyseachse des reflektierenden Objektivs abgestrahlt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die hier offengelegte Technologie bezieht sich auf eine Analysevorrichtung.
2. Erörterung des Stands der Technik
Beispielhaft offenbart die JP 2020-113 569 A eine Analysevorrichtung (spektroskopische Vorrichtung), die dazu aufgebaut ist, eine Komponentenanalyse einer Probe durchzuführen. Insbesondere umfasst die in der JP 2020-113 569 A offenbarte spektroskopische Vorrichtung eine Kondensorlinse, die dazu aufgebaut ist, eine primäre elektromagnetische Welle (ultraviolettes Laserlicht) zu sammeln, und einen Kollimator-bzw. Sammelkopf, der dazu aufgebaut ist, eine sekundäre elektromagnetische Welle (Plasma) zu sammeln, die auf einer Probenoberfläche als Reaktion auf die primäre elektromagnetische Welle erzeugt wird, um die Komponentenanalyse unter Verwendung der laserinduzierten Durchbruchsspektroskopie (LIBS, laser induced breakdown spectroscopy) durchzuführen. Gemäß der JP 2020-113 569 A wird ein Peak eines Spektrums des Musters bzw. der Probe aus einem Signal der sekundären elektromagnetischen Welle gemessen, so dass eine chemische Analyse der Probe basierend auf dem gemessenen Peak durchgeführt werden kann.
Außerdem ist der Sammelkopf gemäß der JP 2020-113 569 A über eine optische Faser bzw. Glasfaser mit einem Detektor (Spektrometer) verbunden.
Die auf der Probenoberfläche erzeugte sekundäre elektromagnetische Welle (Plasma) wird über die optische Faser zum Detektor (Spektrometer) geleitet.
Währenddessen wird die sekundäre elektromagnetische Welle, die zum Detektor geleitet wird, wahrscheinlich in der Analysevorrichtung abgeschwächt, die in der JP 2020-113 569 A offenbart ist, was hinsichtlich einer Verbesserung der Analysegenauigkeit nachteilig ist.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
Die hier dargelegte Technologie wurde in Anbetracht solcher Tatsachen entwickelt, und eine ihrer Aufgaben ist es, die Analysegenauigkeit in einer Analysevorrichtung zu verbessern, die eine primäre elektromagnetische Welle und eine sekundäre elektromagnetische Welle verwendet.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Analysevorrichtung, die eine Komponentenanalyse eines Analyten bzw. von etwas zu Analysierendem durchführt. Die Analysevorrichtung umfasst Folgendes: einen Sender für elektromagnetische Wellen, der eine primäre elektromagnetische Welle zur Analyse des Analyten aussendet; eine reflektierende Objektivlinse bzw. ein reflektierendes Objektiv, die bzw. das einen Primärspiegel aufweist, in dem eine Öffnung in einer radialen Mitte vorgesehen ist und eine primäre Reflexionsfläche, die um die Öffnung herum vorgesehen ist, die eine sekundäre elektromagnetische Welle reflektiert, die in dem Analyten als Reaktion auf die Emission der primären elektromagnetischen Welle erzeugt wird, und einen Sekundärspiegel, der mit einer Sekundärreflexionsfläche versehen ist, die die sekundäre elektromagnetische Welle, die von der Primärreflexionsfläche reflektiert wird, empfängt und weiter reflektiert, wobei das reflektierende Objektiv die sekundären elektromagnetischen Wellen mit dem primären Spiegel und dem sekundären Spiegel sammelt und die sekundären elektromagnetischen Wellen zu der Öffnung leitet; einen Detektor, der die sekundäre elektromagnetische Welle aufnimmt, die in dem Analyten erzeugt und vom reflektierenden Objektiv gesammelt wird, und ein Intensitätsverteilungsspektrum erzeugt, das eine Intensitätsverteilung für jede Wellenlänge der sekundären elektromagnetischen Welle ist; und einen Prozessor, der die Komponentenanalyse des Analyten basierend auf dem vom Detektor erzeugten Intensitätsverteilungsspektrum durchführt. Die sekundäre Reflexionsfläche ist an einem äußeren Rand des Sekundärspiegels vorgesehen, und ein transmissiver bzw. durchlässiger Bereich, durch den die primäre elektromagnetische Welle übertragen wird, ist in der Mitte des Sekundärspiegels vorgesehen.
Gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der durchlässige Bereich dazu aufgebaut, die primäre elektromagnetische Welle, die von dem Sender für elektromagnetische Wellen ausgesendet wurde und durch die Öffnung hindurchgetreten ist, zu übertragen, um die primäre elektromagnetische Welle entlang einer optischen Achse des reflektierenden Objektivs zu emittieren.
Gemäß der einen Ausführungsform wird die primäre elektromagnetische Welle auf den Analyten in einem Zustand abgestrahlt, in dem sie koaxial mit der optischen Achse des reflektierenden Objektivs ist, d.h. in einem nicht abgewinkelten Zustand oder Zustand ohne Winkel. Dadurch kann die im Analyten erzeugte sekundäre elektromagnetische Welle so weit wie möglich durch den Primärspiegel aufgefangen werden. Dadurch kann die Intensität der sekundären elektromagnetischen Welle, die den Detektor erreicht, erhöht und die Erfassungsgenauigkeit der Analysevorrichtung verbessert werden.
Außerdem kann die Analysevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zudem einen Parabolspiegel umfassen, der die vom reflektierenden Objektiv gesammelte sekundäre elektromagnetische Welle reflektiert, und der Parabolspiegel kann dazu aufgebaut sein, die vom Parabolspiegel reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle auf dem Detektor zu sammeln bzw. zu fokussieren.
Gemäß der anderen Ausführungsform erreicht die sekundäre elektromagnetische Welle den Detektor über den Parabolspiegel. Da die sekundäre elektromagnetische Welle auf diese Weise von einem Reflexionssystem geleitet wird, ist es möglich, eine faserlose Konfiguration zu realisieren, die keine optische Faser benötigt. Dadurch wird ein Verlust der sekundären elektromagnetischen Welle weitestgehend unterdrückt, was sich vorteilhaft auf die Erfassungsgenauigkeit der Analysevorrichtung auswirkt.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Analysevorrichtung ein spektroskopisches Element umfassen, das aus einem Material hergestellt ist, in dem ein zweiter Wellenlängenbereich, der zu einem Wellenlängenbereich gehört, der gleich groß wie oder größer als eine vorbestimmte Wellenlänge ist, eine höhere Durchlässigkeit aufweist als ein erster Wellenlängenbereich, der zu einem Wellenlängenbereich gehört, der kleiner als die vorbestimmte Wellenlänge ist. Das spektroskopische Element kann dazu aufgebaut sein, die vom reflektierenden Objektiv gesammelten sekundären elektromagnetischen Wellen zu empfangen und die zum ersten Wellenlängenbereich aus den sekundären elektromagnetischen Wellen passende sekundäre elektromagnetische Welle zu reflektieren und die zum zweiten Wellenlängenbereich passende sekundäre elektromagnetische Welle zu senden. Der Detektor kann einen ersten Detektor umfassen, auf den die vom spektroskopischen Element reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle auftrifft, und einen zweiten Detektor, auf den die durch das spektroskopische Element übertragene sekundäre elektromagnetische Welle auftrifft.
Gemäß der noch anderen Ausführungsform ist die Analysevorrichtung dazu aufgebaut, den ersten Wellenlängenbereich auf der ultravioletten Seite, der bei einer Übertragung durch ein Glasmaterial wahrscheinlich verloren geht, zum ersten Detektor zu leiten, ohne dass die Übertragung durch das Glasmaterial erforderlich ist, und den zweiten Wellenlängenbereich auf der infraroten Seite, der weniger von dem Verlust betroffen ist als der erste Wellenlängenbereich, durch das Glasmaterial zu übertragen und zum zweiten Detektor zu leiten. Mit diesem Aufbau ist es möglich, die Erfassung durch die Vielzahl von Detektoren zu realisieren und gleichzeitig den Verlust der sekundären elektromagnetischen Welle so weit wie möglich zu unterdrücken. Die Erfassung durch die Vielzahl von Detektoren trägt zur Verbesserung der Wellenlängenauflösung bei. Dies trägt zur Verbesserung der Messgenauigkeit aufgrund der Unterdrückung des Verlustes der sekundären elektromagnetischen Welle und der Verbesserung der Wellenlängenauflösung bei.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Analysevorrichtung ein Ablenkelement umfassen, auf das die vom Sender für elektromagnetische Wellen emittierte primäre elektromagnetische Welle fällt und das die primäre elektromagnetische Welle in Richtung einer optischen Achse des reflektierenden Objektivs ablenkt. Das Ablenkelement kann einen reflektierenden Bereich aufweisen, der so angeordnet ist, dass er dem durchlässigen Bereich so gegenüberliegt, dass er die primäre elektromagnetische Welle entlang der optischen Achsenrichtung des reflektierenden Objektivs reflektiert, und einen hohlen Bereich, der den Durchgang der sekundären elektromagnetischen Welle ermöglicht, die vom reflektierenden Objektiv gesammelt wird.
Gemäß der weiteren Ausführungsform reflektiert das Ablenkelement die primäre elektromagnetische Welle durch den reflektierenden Bereich, um sie zum reflektierenden Objektiv zu leiten, und lässt die sekundäre elektromagnetische Welle durch den hohlen Bereich passieren. Der Verlust der sekundären elektromagnetischen Welle kann unterdrückt werden, indem die sekundäre elektromagnetische Welle durch den hohlen Bereich hindurchgelassen wird. Daher ist die weitere Ausführungsform vorteilhaft in Bezug auf das Erreichen sowohl der koaxialen Einstellung der koaxialen primären elektromagnetischen Welle durch den reflektierenden Bereich als auch der Verbesserung der Messgenauigkeit aufgrund der Unterdrückung des Verlustes der sekundären elektromagnetischen Welle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Analysevorrichtung ein Analysegehäuse umfassen, in dem das Ablenkelement untergebracht ist. Das Ablenkelement kann Folgendes umfassen: einen plattenförmigen Elementträger, der an dem Analysegehäuse angebracht ist und ein Durchgangsloch aufweist; ein Spiegelelement, das in der Mitte des Durchgangslochs angeordnet ist und den Reflexionsbereich bildet; und eine erste Stütze, die radial von einer Außenseitenfläche des Spiegelelements wegführt und mit einer Innenseitenfläche des Durchgangslochs verbunden ist. Der hohle Bereich kann durch die Innenseitenfläche des Durchgangslochs und die Außenseitenfläche des Spiegelelements definiert sein.
Gemäß der weiteren Ausführungsform können der reflektierende Bereich und der hohle Bereich gleichzeitig durch das einzige Ablenkelement realisiert werden. Ein solcher Aufbau ist vorteilhaft, um sowohl die koaxiale Einstellung der koaxialen primären elektromagnetischen Welle durch den reflektierenden Bereich als auch die Verbesserung der Messgenauigkeit aufgrund der Unterdrückung des Verlusts der sekundären elektromagnetischen Welle zu erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Sekundärspiegel mit dem Analysegehäuse über einen ringförmigen Spiegelträger verbunden sein, der um die sekundäre Reflexionsfläche herum angeordnet und an dem Analysegehäuse befestigt ist, sowie über eine zweite Stütze, die sich radial von einer Außenkante der Sekundärreflexionsfläche erstreckt und mit einer Innenumfangsfläche des Spiegelträgers verbunden ist. Die erste und die zweite Stütze können so angeordnet sein, dass sie einander bei Betrachtung entlang der optischen Achsrichtung des reflektierenden Objektivs überlappen.
Gemäß der weiteren Ausführungsform kann die sekundäre elektromagnetische Welle, die einen Bereich in der Nähe der ersten Stütze durchlaufen hat, das Ablenkelement durchlaufen, ohne durch die zweite Stütze abgeblockt zu werden. Dies ist vorteilhaft hinsichtlich der Verringerung des Verlustes der sekundären elektromagnetischen Welle und der Verbesserung der Messgenauigkeit in der Analysevorrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Elementträger an dem Analysegehäuse in einer Haltung angebracht sein, in der eine Dickenrichtung gegenüber der optischen Achsenrichtung des reflektierenden Objektivs gekippt ist, und das Durchgangsloch kann so ausgebildet sein, dass es durch den Elementträger entlang der optischen Achsenrichtung des reflektierenden Objektivs geht.
Gemäß der weiteren Ausführungsform ist das Durchgangsloch, das den hohlen Bereich definiert, so ausgebildet, dass es in der optischen Achsrichtung des reflektierenden Objektivs verläuft. Wenn es derart gebildet ist, kann das Durchgangsloch so aufgebaut sein, dass es um die optische Achse rotationssymmetrisch ist. Dadurch ist es möglich, einen Abstand zwischen der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs und der sekundären elektromagnetischen Welle sicherzustellen, die durch den hohlen Bereich läuft, und Interferenzen bzw. gegenseitige Störungen zwischen dem Durchgangsloch und der sekundären elektromagnetischen Welle zu unterdrücken. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf die Unterdrückung des Verlusts der sekundären elektromagnetischen Welle und trägt zur Verbesserung der Messgenauigkeit bei.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Analysevorrichtung eine Kamera umfassen, die Reflexionslicht sammelt, das von dem Analyten über das reflektierende Objektiv reflektiert wird, und eine Lichtempfangsmenge des gesammelten Reflexionslichts erfasst, und die Kamera kann das Reflexionslicht über einen Strahlengang sammeln, der mit dem der sekundären elektromagnetischen Welle zusammenfällt, die vom reflektierenden Objektiv gesammelt wird.
Nach diesem Aufbau ist nicht nur die primäre elektromagnetische Welle, sondern auch eine optische Achse der Kamera so eingestellt, dass sie koaxial zum reflektierenden Objektiv ist. Infolgedessen können drei Funktionen, nämlich die Bestrahlung des Analyten mit der primären elektromagnetischen Welle, das Sammeln der sekundären elektromagnetischen Welle vom Analyten und das Erfassen des Analyten mittels der Kamera durch das einzelne reflektierende Objektiv ausgeführt werden, ohne einander zu hemmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine dünne optische Schicht, die das vom Analyten reflektierte Reflexionslicht blockiert, zwischen dem durchlässigen Bereich und einer Ablagefläche eingeschoben sein, auf der der Analyt platziert wird, und die Kamera kann das von der Primärreflexionsfläche und der Sekundärreflexionsfläche reflektierte Reflexionslicht erfassen.
Gemäß der weiteren Ausführungsform kann das Sammeln des Reflexionslichts durch den durchlässigen Bereich unterdrückt werden, und das Reflexionslicht kann nur von der Primärreflexionsfläche und der Sekundärreflexionsfläche gesammelt werden. Dadurch wird die Möglichkeit unterdrückt, dass das Reflexionslicht doppelt in der Kamera erfasst wird, was hinsichtlich der Verbesserung der Messgenauigkeit von Vorteil ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Analysevorrichtung eine Koaxialbeleuchtung umfassen, die den Analyten mit Beleuchtungslicht bestrahlt, und die Koaxialbeleuchtung kann das Beleuchtungslicht über einen Strahlengang aussenden, der koaxial zur primären elektromagnetischen Welle ist, die vom Sender bzw. Emitter für elektromagnetische Wellen ausgesendet wird.
Nach diesem Aufbau ist nicht nur die optische Achse der Kamera, sondern auch eine Beleuchtungseinrichtung koaxial zum reflektierenden Objektiv angeordnet. Infolgedessen können vier Funktionen, nämlich die Bestrahlung des Analyten mit der primären elektromagnetischen Welle, das Sammeln bzw. Auffangen der sekundären elektromagnetischen Welle vom Analyten, die Erfassung des Analyten durch die Kamera und die Bestrahlung des Analyten mit dem Beleuchtungslicht mittels dem einzigen reflektierenden Objektiv ausgeführt werden, ohne einander zu hemmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Emitter für elektromagnetische Wellen unter Nutzung einer Laserlichtquelle aufgebaut sein, die Laserlicht als die primäre elektromagnetische Welle aussendet. Das reflektierende Objektiv kann Licht sammeln, das im Analyten als Reaktion auf die Bestrahlung mit dem vom Sender für elektromagnetische Wellen emittierten Laserlicht erzeugt wird. Der Detektor kann ein Intensitätsverteilungsspektrum erzeugen, das eine Intensitätsverteilung für jede Wellenlänge des im Analyten erzeugten und vom reflektierenden Objektiv gesammelten Lichts darstellt.
Wie vorstehend erläutert wurde, kann die Analysegenauigkeit der Analysevorrichtung verbessert werden, die gemäß der vorliegenden Offenbarung die primäre elektromagnetische Welle und die sekundäre elektromagnetische Welle nutzt.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Schaubild, das einen Gesamtaufbau einer Analyse- und Beobachtungsvorrichtung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine optische Systembaugruppe zeigt;
3 ist eine Seitenansicht, die die optische Systembaugruppe zeigt;
4 ist eine Vorderansicht, die die optische Systembaugruppe zeigt;
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die optische Systembaugruppe zeigt;
6 ist eine Seitenansicht, die schematisch einen Aufbau der optischen Systembaugruppe darstellt;
7 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau eines optischen Analysesystems veranschaulicht;
8A ist eine Längsschnittansicht, die die Aufbauten eines reflektierenden Objektivs und einer Seitenbeleuchtung bzw. seitlichen Beleuchtung zeigt;
8B ist eine Längsschnittansicht, die die Aufbauten des reflektierenden Objektivs und der Seitenbeleuchtung veranschaulicht;
9 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Befestigungsaufbaus des ersten und zweiten Detektors;
10 ist eine Ansicht von unten, die die Aufbauten des reflektierenden Objektivs und der Seitenbeleuchtung veranschaulicht;
11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Sekundärspiegels illustriert;
12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Deflektor- bzw. Ablenkelements zeigt;
13 ist eine Draufsicht, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Sekundärspiegel und dem Ablenkelement veranschaulicht;
14 ist eine Längsschnittansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Primärspiegel, dem Sekundärspiegel und dem Ablenkelement veranschaulicht;
15 ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung eines Aufbaus eines Verschiebemechanismus;
16A ist eine Ansicht zur Erläuterung einer horizontalen Bewegung eines Kopfs;
16B ist eine Ansicht zur Erläuterung der horizontalen Bewegung des Kopfs;
17A ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Betätigung eines Kippmechanismus;
17B ist eine Ansicht zur Erläuterung der Betätigung des Kippmechanismus;
18 ist ein Blockschaubild, das einen Aufbau eines Hauptteils einer Steuerung veranschaulicht;
19 ist ein Blockschaubild, das einen Aufbau einer Steuerung veranschaulicht;
20 ist ein Ablaufplan, der einen grundlegenden Betrieb der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung veranschaulicht;
21 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Einstellen der Beleuchtungsbedingungen durch einen Abschnitt zum Festlegen der Beleuchtung veranschaulicht;
22 ist ein Ablaufplan, der einen Probenanalysevorgang durch das optische Analysesystem und einen Beleuchtungszustandssteuervorgang durch eine Beleuchtungssteuerung darstellt;
23 ist eine Ansicht, die einen Anzeigebildschirm der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung zeigt;
24 ist eine Ansicht zur Darstellung von Bilddaten, die unter Verwendung der Seitenbeleuchtung in einem zweiten Modus erzeugt wurden;
25 ist eine Ansicht zur Darstellung von Bilddaten, die unter Verwendung einer Koaxialbeleuchtung im zweiten Modus erzeugt wurden;
26 ist eine Ansicht zur Darstellung von Bilddaten, die unter Verwendung der Koaxialbeleuchtung in einem ersten Modus erzeugt wurden;
27 ist eine Ansicht zur Darstellung von Bilddaten, die unter Verwendung der Seitenbeleuchtung im ersten Modus erzeugt wurden; und
28 ist eine Ansicht von unten, die eine Modifizierung der Seitenbeleuchtung veranschaulicht.

GENAUE ERLÄUTERUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anhand der Figuren beschrieben. Diese nachstehende Erläuterung ist lediglich beispielhaft.
<Gesamtaufbau der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A>
1 ist ein schematisches Schaubild, das einen Gesamtaufbau einer Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A als eine Analysevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die in 1 dargestellte Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A kann eine vergrößernde Beobachtung einer Probe SP durchführen, die sowohl als Beobachtungsziel als auch als Analyt dient, und kann auch eine Komponentenanalyse der Probe SP durchführen.
Insbesondere kann zum Beispiel die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A gemäß der vorliegenden Ausführungsform nach einer Stelle suchen, an der eine Komponentenanalyse in der Probe SP durchgeführt werden soll, und eine Inspektion, Messung und dergleichen eines Erscheinungsbildes der Stelle durch Vergrößern und Erfassen eines Bildes der Probe SP einschließlich einer Probe, wie zum Beispiel eines Mikroobjekts, einer elektronischen Komponente, eines Werkstücks und dergleichen durchführen. Wenn man eine Beobachtungsfunktion hervorhebt, kann die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A als eine vergrößernde Beobachtungsvorrichtung, einfach als ein Mikroskop oder als ein digitales Mikroskop bezeichnet werden.
Die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A kann auch ein Verfahren, das als laserinduzierte Durchbruchsspektroskopie (LIBS), laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS, laser induced plasma spectroscopy) bezeichnet wird, oder dergleichen bei der Komponentenanalyse der Probe SP einsetzen. Wenn man eine Analysefunktion hervorhebt, kann die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A als eine Komponentenanalysevorrichtung, einfach als eine Analysevorrichtung oder als eine Spektroskopievorrichtung bezeichnet werden.
Wie in 1 veranschaulicht wird, umfasst die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine optische Systembaugruppe (optischer Systemhauptkörper) 1, einen Steuerhauptkörper 2 und einen Bedienabschnitt 3 als Hauptbestandteile.
Von diesen kann die optische Systembaugruppe 1 die Erfassung und Analyse der Probe SP durchführen und ein elektrisches Signal, das einem Erfassungsergebnis und einem Analyseergebnis entspricht, nach außen ausgeben.
Der Steuerhauptkörper 2 enthält eine Steuerung 21, die dazu aufgebaut ist, verschiedene Komponenten wie eine erste Kamera 81 zu steuern, die die optische Systembaugruppe 1 bilden. Der Steuerhauptkörper 2 kann die optische Systembaugruppe 1 veranlassen, die Probe SP mit Hilfe der Steuerung 21 zu beobachten und zu analysieren. Der Steuerhauptkörper 2 umfasst auch eine Anzeige 22, die verschiedene Arten von Informationen anzeigen kann. Die Anzeige 22 kann ein in der optischen Systembaugruppe 1 aufgenommenes Bild, Daten, die das Analyseergebnis der Probe SP angeben, und dergleichen anzeigen.
Der Bedienabschnitt 3 umfasst eine Maus 31, eine Konsole 32 und eine Tastatur 33, die eine Bedieneingabe durch einen Benutzer empfangen (die Tastatur 33 ist nur in 18 dargestellt). Die Konsole 32 kann dem Steuerhauptkörper 2 die Erfassung von Bilddaten, die Helligkeitseinstellung und die Fokussierung der ersten Kamera 81 durch Betätigen einer Taste, eines Einstellknopfes und dergleichen befehlen.
Man bemerke, dass der Bedienabschnitt 3 nicht notwendigerweise alle drei Elemente Maus 31, Konsole 32 und Tastatur 33 umfassen, sondern auch nur eines oder zwei davon umfassen kann. Außerdem kann ein Touchpanel-Eingabegerät, ein Audio-Eingabegerät oder dergleichen zusätzlich zu oder anstelle der Maus 31, der Konsole 32 und der Tastatur 33 verwendet werden. Im Fall des Touchpanel-Eingabegeräts kann jede beliebige Position auf einem auf der Anzeige 22 dargestellten Bildschirm erfasst werden.
<Einzelheiten der optischen Systembaugruppe 1>
Die 2 bis 4 sind eine perspektivische Ansicht, eine Seitenansicht und eine Vorderansicht, die jeweils die optische Systembaugruppe 1 zeigen. Zudem zeigt 5 eine perspektivische Explosionsansicht der optischen Systembaugruppe 1, und 6 eine Seitenansicht, die schematisch einen Aufbau der optischen Systembaugruppe 1 darstellt.
Wie in den 1 bis 6 dargestellt ist, umfasst die optische Systembaugruppe 1 Folgendes: eine Plattorm 4, der verschiedene Instrumente trägt und auf dem die Probe SP platziert wird; und einen Kopf 6, der an der Plattform 4 befestigt ist. Hier wird der Kopf 6 gebildet, indem ein Beobachtungsgehäuse 90, in dem ein optisches Beobachtungssystem 9 untergebracht ist, auf ein Analysegehäuse 70 montiert wird, in dem ein optisches Analysesystem 7 untergebracht ist. Das optische Analysesystem 7 ist hier ein optisches System, das zur Durchführung der Komponentenanalyse der Probe SP ausgelegt ist. Das optische Beobachtungssystem 9 ist ein optisches System, das für die vergrößernde Beobachtung der Probe SP ausgelegt ist. Der Kopf 6 ist als eine Vorrichtungsgruppe aufgebaut, die sowohl eine Analysefunktion als auch eine Funktion zur vergrößernden Beobachtung der Probe SP aufweist.
Man bemerke, dass die Richtung nach vorn und hinten bzw. Längsrichtung und die Richtung der optischen Systembaugruppe 1 nach links und rechts bzw. Querrichtung in der nachstehenden Beschreibung so definiert sind, wie in den 1 bis 4 dargestellt ist. Das heißt, eine Seite, die zum Benutzer zeigt, ist eine Vorderseite der optischen Systembaugruppe 1, und eine gegenüberliegende Seite ist eine Rückseite der optischen Systembaugruppe 1. Wenn der Benutzer vor der optischen Systembaugruppe 1 steht, ist die vom Benutzer aus gesehen rechte Seite die rechte Seite der optischen Systembaugruppe 1, und die vom Benutzer aus gesehen linke Seite ist die linke Seite der optischen Systembaugruppe 1. Man bemerke, dass die Definitionen der Längsrichtung und der Querrichtung dem Verständnis der Beschreibung dienen sollen und einen tatsächlichen Zustand bei der Nutzung nicht einschränken. Jede Richtung kann als die Vorderseite verwendet werden.
In der nachstehenden Beschreibung wird die Querrichtung der optischen Systembaugruppe 1 als „X-Richtung“, die Längsrichtung der optischen Systembaugruppe 1 als „Y-Richtung“, eine vertikale Richtung der optischen Systembaugruppe 1 als „Z-Richtung“ und eine Richtung, die sich um eine Achse parallel zur Z-Achse dreht, als „φ-Richtung“ definiert. Die X-Richtung und die Y-Richtung liegen orthogonal zueinander in derselben horizontalen Ebene, und eine Richtung entlang der horizontalen Ebene wird als „horizontale Richtung“ bezeichnet. Die Z-Achse ist eine Richtung einer Normalen, die orthogonal zur horizontalen Ebene verläuft. Diese Definitionen können auch nach Bedarf geändert werden.
Der Kopf 6 kann sich entlang einer in den 2 bis 6 dargestellten Mittelachse Ac bewegen oder um die Mittelachse Ac schwingen, was jedoch später genau erläutert wird. Wie in 6 etc. dargestellt ist, verläuft die Mittelachse Ac in der vorstehend erläuterten horizontalen Richtung, insbesondere der Längsrichtung.
(Plattform 4)
Die Plattform 4 umfasst eine auf einer Arbeitsplatte oder dergleichen aufgebaute Basis 41, einen mit der Basis 41 verbundenen Stand 42 und einen von der Basis 41 oder dem Stand 42 getragenen Objektträger bzw. Verschiebetisch 5. Die Plattform 4 ist ein Element, das dazu aufgebaut ist, eine relative Positionsbeziehung zwischen dem Verschiebetisch 5 und dem Kopf 6 zu definieren, und ist so aufgebaut, dass zumindest das optische Beobachtungssystem 9 und das optische Analysesystem 7 des Kopfes 6 daran befestigt werden können.
Die Basis 41 bildet eine im Wesentlichen untere Hälfte der Plattform 4 und ist in einer Sockelform so ausgebildet, dass eine Abmessung in der Längsrichtung länger ist als eine Abmessung in der Querrichtung, wie in 2 gezeigt. Die Basis 41 hat eine Unterseite, die auf der Arbeitsplatte oder dergleichen installierbar ist. Der Verschiebetisch 5 ist an einem vorderen Abschnitt der Basis 41 angebracht.
Außerdem sind ein erster Träger 41a und ein zweiter Träger 41b in einem Zustand vorgesehen, in dem sie nebeneinander von der Vorderseite auf dem hinteren Seitenabschnitt (insbesondere einem Abschnitt, der sich auf der Rückseite des Verschiebetischs 5 befindet) der Basis 41 aufgereiht sind, wie in 6 und dergleichen dargestellt. Sowohl der erste als auch der zweite Träger 41a und 41b sind so vorgesehen, dass sie von der Basis 41 nach oben ragen. In den ersten und zweiten Trägern 41a und 41b sind (nicht dargestellte) kreisförmige Lagerlöcher geformt, die konzentrisch zur Mittelachse Ac angeordnet sind.
Der Stand 42 bildet eine obere Hälfte der Plattform 4 und ist in Form einer Säule ausgebildet, die in der vertikalen Richtung senkrecht zur Basis 41 (insbesondere der Bodenfläche der Basis 41) verläuft, wie in den 2, 3, 6 und dergleichen dargestellt ist. Der Kopf 6 ist über ein separates Montageteil 43 an einer Vorderfläche eines oberen Teils des Stands 42 befestigt.
Außerdem sind ein erster Anbringabschnitt 42a und ein zweiter Anbringabschnitt 42b in einem unteren Abschnitt des Stands 42 in einem Zustand vorgesehen, in dem sie von vorne gesehen nebeneinander angeordnet sind, wie in 6 und dergleichen dargestellt. Die ersten und zweiten Anbringabschnitte 42a und 42b weisen Aufbauten auf, die jeweils zu den ersten und zweiten Trägern 41a bzw. 41b passen. Insbesondere sind der erste und der zweite Träger 41a und 41b und der erste und der zweite Anbringabschnitt 42a und 42b so angeordnet, dass der erste Anbringabschnitt 41a zwischen dem ersten Anbringabschnitt 42a und dem zweiten Anbringabschnitt 42b und der zweite Anbringabschnitt 42b zwischen dem ersten Träger 41a und dem zweiten Träger 41b angeordnet ist.
Außerdem sind im ersten und zweiten Träger 41a und 41b (nicht dargestellte) kreisförmige Lagerlöcher ausgebildet, die konzentrisch zu den Lagerlöchern im ersten und zweiten Befestigungsabschnitt 42a und 42b sind und den gleichen Durchmesser wie diese haben. In diese Lagerlöcher wird über ein (nicht dargestelltes) Lager, wie z. B. ein Kreuzrollenlager, ein Wellenelement 44 eingesetzt. Das Wellenelement 44 ist so angeordnet, dass seine Achse konzentrisch zur Mittelachse Ac ist. Die Basis 41 und der Stand 42 sind so gekoppelt, dass sie durch Einsetzen des Wellenelements 44 zueinander schwenkbar sind. Das Wellenelement 44 bildet in der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit dem ersten und zweiten Träger 41a und 41b sowie dem ersten und zweiten Befestigungsabschnitt 42a und 42b einen Kippmechanismus 45.
Weil die Basis 41 und der Stand 42 über den Kippmechanismus 45 gekoppelt sind, wird der Stand 42 von der Basis 41 im Zustand der Schwenkbarkeit um die Mittelachse Ac getragen. Der Stand 42 schwenkt um die Mittelachse Ac, um in der Querrichtung relativ zu einer vorab festgelegten Bezugsachse As gekippt zu werden (siehe 17A und 17B). Die Bezugsachse As kann als eine Achse festgelegt werden, die senkrecht zu einer oberen Fläche (Ablagefläche 51a) des Ablagetischs 5 in einem nicht gekippten Zustand verläuft, wie in 4 und dergleichen dargestellt. Außerdem fungiert die Mittelachse Ac als eine zentrale Achse (Rotationszentrum) des durch den Kippmechanismus 45 verursachten Schwingens bzw. Kippens.
Insbesondere kann der Kippmechanismus 45 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Stand 42 um etwa 90° nach rechts relativ zur Bezugsachse As oder um etwa 60° nach links relativ zur Bezugsachse As kippen. Da der Kopf 6 wie vorstehend beschrieben am Stand 42 befestigt ist, kann der Kopf 6 auch in Richtung von rechts nach links relativ zur Bezugsachse As gekippt werden. Das Kippen des Kopfes 6 ist gleichbedeutend mit dem Kippen des optischen Analysesystems 7 und des optischen Beobachtungssystems 9 und schließlich mit dem Kippen einer optischen Analyseachse Aa und einer optischen Beobachtungsachse Ao, die später beschrieben werden.
Das Montageteil 43 umfasst Folgendes: eine Schiene 43a, die den Kopf 6 in einer Längsrichtung (die der vertikalen Richtung im nicht gekippten Zustand entspricht und im Folgenden als eine „im Wesentlichen vertikale Richtung“ bezeichnet wird) des Stands 42 führt; und einen Verriegelungshebel 43b, der dazu aufgebaut ist, eine Position des Kopfes 6 relativ zur Schiene 43a zu verriegeln. Ein Rückflächenabschnitt (insbesondere ein Kopfbefestigungselement 61) des Kopfes 6 ist in die Schiene 43a eingeführt und kann entlang der im Wesentlichen vertikalen Richtung bewegt werden. Dann kann der Kopf 6 in einer gewünschten Position fixiert werden, indem der Verriegelungshebel 43b in einem Zustand betätigt wird, in dem der Kopf 6 in der gewünschten Position steht. Außerdem kann die Position des Kopfs 6 auch durch Betätigung eines in den 2 bis 3 dargestellten ersten Betätigungs- bzw. Einstellrades 46 eingestellt werden.
Außerdem weist die Plattform 4 oder der Kopf 6 einen Kopfantrieb 47 auf, der dazu aufgebaut ist, den Kopf 6 in im Wesentlichen vertikaler Richtung zu bewegen. Der Kopfantrieb 47 umfasst ein (nicht dargestelltes) Stellglied (z. B. einen Schrittmotor), das durch den Steuerhauptkörper 2 gesteuert wird, und einen Bewegungsumwandlungsmechanismus, der die Drehung einer Ausgangswelle des Schrittmotors in eine lineare Bewegung in der im Wesentlichen vertikalen Richtung umwandelt und den Kopf 6 auf der Grundlage eines Antriebsimpulses bewegt, der vom Steuerhauptkörper 2 eingegeben wird. Wenn der Kopfantrieb 47 den Kopf 6 bewegt, können der Kopf 6 und letztendlich die optische Analyseachse Aa und die optische Beobachtungsachse Ao entlang der im Wesentlichen vertikalen Richtung bewegt werden.
Der Verschiebetisch 5 ist vorn in der Mitte der Basis 41 in der Richtung von vorn nach hinten angeordnet und ist an einer oberen Fläche der Basis 41 befestigt. Der Verschiebetisch 5 ist als ein elektrischer Verschiebetisch konfiguriert, der in einem offenen Raum vorgesehen ist, und kann bewirken, dass die auf der Ablagefläche 51a platzierte Probe SP in der horizontalen Richtung bewegt wird, in der vertikalen Richtung auf und ab bewegt wird oder sich um die φ-Achse dreht.
Im Einzelnen umfasst der Verschiebetisch 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: einen Verschiebetisch-Hauptkörper 51 mit der Ablagefläche 51a, die zum Ablegen der Probe SP vorgesehen ist; einen Verschiebetisch-Träger 52, der zwischen der Basis 41 und dem Verschiebetisch-Hauptkörper 51 angeordnet ist und den Verschiebetisch-Hauptkörper 51 verschiebt; und einen in 18 dargestellten Verschiebetisch-Antrieb 53, der später erläutert wird.
Eine obere Fläche des Verschiebetisch-Hauptkörpers 51 bildet die Ablagefläche 51a. Die Ablagefläche 51a ist so ausgebildet, dass sie sich entlang der im Wesentlichen horizontalen Richtung erstreckt. Die Probe SP wird auf der Ablagefläche 51a in einem gegen die Atmosphäre offenen Zustand abgelegt, also in einem Zustand, in dem sie nicht in einer Vakuumkammer oder dergleichen untergebracht ist.
Der Verschiebetisch-Träger 52 ist ein Element, das die Basis 41 mit dem Verschiebetisch-Hauptkörper 51 verbindet und in einer im Wesentlichen säulenartigen Form ausgebildet ist, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt. Der Verschiebetisch-Träger 52 kann den Verschiebetisch-Antrieb 53 enthalten.
Der Verschiebetisch-Antrieb 53 umfasst eine Vielzahl von (nicht dargestellten) Stellgliedern (z.B. Schrittmotoren), die durch den Steuerhauptkörper 2 gesteuert werden, und einen Bewegungsumwandlungsmechanismus, der die Drehung einer Ausgangswelle jedes Schrittmotors in eine lineare Bewegung umwandelt und den Verschiebetisch-Hauptkörper 51 basierend auf einem vom Steuerhauptkörper 2 eingegebenen Antriebsimpuls bewegt. Wenn der Verschiebetisch-Hauptkörper 51 durch den Verschiebetisch-Antrieb 53 bewegt wird, kann der Verschiebetisch-Hauptkörper 51 und schließlich die auf der Ablagefläche 51a platzierte Probe SP entlang der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung bewegt werden.
In ähnlicher Weise kann der Verschiebetisch-Antrieb 53 auch den Verschiebetisch-Hauptkörper 51 entlang der φ-Richtung basierend auf einem vom Steuerhauptkörper 2 eingehenden Antriebsimpuls drehen. Wenn der Verschiebetisch-Antrieb 53 den Verschiebetisch-Hauptkörper 51 dreht, kann die auf der Ablagefläche 51a angeordnete Probe SP in der φ-Richtung gedreht werden.
Darüber hinaus kann der Verschiebetisch-Hauptkörper 51 manuell bewegt und gedreht werden, indem ein in 2 dargestelltes zweites Einstellrad 54 oder dergleichen betätigt wird. Einzelheiten des zweiten Einstellrads 54 sind nicht gezeigt.
Wieder mit Bezug auf die Beschreibung der Basis 41 und des Stands 42 ist ein erster Kippsensor Sw3 in die Basis 41 eingebaut. Der erste Kippsensor Sw3 kann eine Neigung der Bezugsachse As senkrecht zur Ablagefläche 51a relativ zur Schwerkraftrichtung erfassen. Andererseits ist ein zweiter Kippsensor Sw4 am Stand 42 angebracht. Der zweite Kippsensor Sw4 kann eine Neigung des optischen Analysesystems 7 relativ zur Schwerkraftrichtung (genauer gesagt eine Neigung der optischen Analyseachse Aa relativ zur Schwerkraftrichtung) erfassen. Erfassungssignale vom ersten und zweiten Kippsensor Sw3 und Sw4 werden beide in die Steuerung 21 eingegeben.
(Kopf 6)
Der Kopf 6 umfasst das optische Analysesystem 7, das im Analysegehäuse 70 untergebracht ist, das optische Beobachtungssystem 9, das im Beobachtungsgehäuse 90 untergebracht ist, das Kopfbefestigungselement 61, eine Gehäuseverbindung 64 und einen Verschiebemechanismus (horizontalen Antriebsmechanismus) 65. Das Kopfbefestigungselement 61 ist ein Bauteil, das zur Verbindung des Analysegehäuses 70 mit dem Stand 42 vorgesehen ist. Die Gehäuseverbindung 64 ist ein Bauteil, das das Beobachtungsgehäuse 90 mit dem Analysegehäuse 70 verbindet. Der Verschiebemechanismus 65 ist ein Mechanismus zum Verschieben des Analysegehäuses 70 gegenüber dem Stand 42.
Insbesondere ist das Kopfbefestigungselement 61 gemäß der vorliegenden Ausführungsform an der Rückseite des Kopfes 6 angeordnet und als plattenartiges Element zur Befestigung des Kopfes 6 am Stand 42 aufgebaut. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist das Kopfbefestigungselement 61 am Montageteil 43 des Stands 42 befestigt.
Das Kopfbefestigungselement 61 umfasst Folgendes: einen Plattenhauptkörper 61a, der im Wesentlichen parallel zu einer hinteren Fläche des Kopfes 6 verläuft; und ein Abdeckteil 61b, das von einem unteren Ende des Plattenhauptkörpers 61a nach vorne ragt. Der Plattenhauptkörper 61a ist von der hinteren Oberfläche des Kopfes 6 in der Richtung von vorne nach hinten in einem ersten Modus (ersten Zustand) getrennt, der später beschrieben wird, in dem das reflektierende Objektiv 74 der Probe SP gegenüberliegt. In einem später beschriebenen zweiten Modus (zweiter Zustand), in dem das Objektiv 92 der Probe SP gegenüberliegt, liegt der Plattenhauptkörper 61a in engem Kontakt an oder in der Nähe der hinteren Oberfläche des Kopfes 6.
Außerdem ist eine Führungsschiene 65a, die den Verschiebemechanismus 65 bildet, wie in 15 gezeigt wird, an einem linken Ende des Kopfbefestigungselements 61 angebracht. Die Führungsschiene 65a verbindet das Kopfbefestigungselement 61 mit anderen Elementen (insbesondere dem optischen Analysesystem 7, dem optischen Beobachtungssystem 9 und der Gehäuseverbindung 64) im Kopf 6, so dass sie in horizontaler Richtung relativ zueinander verschiebbar sind.
Nachfolgend werden Aufbauten des optischen Analysesystems 7 und des Analysegehäuses 70, des optischen Beobachtungssystems 9 und des Beobachtungsgehäuses 90, der Gehäuseverbindung 64 und des Verschiebemechanismus 65 nacheinander beschrieben.
- Optisches Analysesystem 7 -
7 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau des optischen Analysesystems 7 veranschaulicht. Die 8A und 8B sind Längsschnittansichten, die die Aufbauten des reflektierenden Objektivs 74 und einer Seitenbeleuchtung 84 zeigen. 10 ist eine Ansicht von unten, in der die Aufbauten des reflektierenden Objektivs 74 und der Seitenbeleuchtung 84 veranschaulicht sind.
Außerdem ist 11 eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Sekundärspiegels 12 veranschaulicht, 12 eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Ablenkelements 73 veranschaulicht, 13 eine Draufsicht, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Sekundärspiegel 12 und dem Ablenkelement 73 veranschaulicht, und 14 ist eine Längsschnittansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Primärspiegel 11, dem Sekundärspiegel 12 und dem Ablenkelement 73 veranschaulicht.
Das optische Analysesystem 7 ist ein Satz von Komponenten, die dazu aufgebaut sind, die Probe SP als einen Analyten zu analysieren, und die jeweiligen Komponenten sind in dem Analysegehäuse 70 untergebracht. Zu den Komponenten, die das optische Analysesystem 7 bilden, gehören ein Emitter bzw. Sender 71 für elektromagnetische Wellen, ein Fokussier- bzw. Sammelkopf, der aus dem reflektierenden Objektiv 74 besteht, und ein Detektor, der einen ersten Detektor 77A und einen zweiten Detektor 77B umfasst. Zumindest diese Komponenten sind im Analysegehäuse 70 untergebracht. Die Elemente, die zur Analyse der Probe SP aufgebaut sind, umfassen auch die Steuerung 21 als einen Prozessor.
Das optische Analysesystem 7 kann die Analyse beispielsweise mit einem LIBS-Verfahren durchführen. Ein Kommunikationskabel C1, das dazu aufgebaut ist, ein elektrisches Signal an den Steuerhauptkörper 2 zu senden und von diesem zu empfangen, ist mit dem optischen Analysesystem 7 verbunden. Das Kommunikationskabel C1 ist nicht zwingend nötig, und das optische Analysesystem 7 und der Steuerhauptkörper 2 können durch drahtlose Kommunikation verbunden sein.
Man bemerke, dass der Begriff „optisches System“ hier in einem weiten Sinne verwendet wird. Das heißt, dass das optische Analysesystem 7 als ein System definiert ist, das eine Lichtquelle, ein Bilderfassungselement und dergleichen zusätzlich zu einem optischen Element wie einer Linsenanordnung umfasst. Das Gleiche gilt für das optische Beobachtungssystem 9.
Wie in 7 veranschaulicht ist, umfasst das optische Analysesystem 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Emitter 71 für elektromagnetische Wellen, einen Leistungsregler bzw. eine Leistungsanpassung 72, das Ablenkelement 73, das reflektierende Objektiv 74 als Sammelkopf, ein spektroskopisches Element 75 als Element zur Wahl der Wellenlänge, einen ersten Parabolspiegel 76A, den ersten Detektor 77A, einen ersten Strahlteiler 78A, einen zweiten Parabolspiegel 76B, den zweiten Detektor 77B, einen zweiten Strahlteiler 78B, eine Koaxialbeleuchtung 79, ein Abbildungsobjektiv 80, eine erste Kamera 81 als Kamera und die Seitenbeleuchtung 84. Einige Bestandteile des optischen Analysesystems 7 sind auch in 6 dargestellt. Außerdem ist die Seitenbeleuchtung 84 nur in den 8A, 8B und 10 dargestellt (in 7 nicht).
Der Emitter 71 für elektromagnetische Wellen sendet eine primäre elektromagnetische Welle zur Analyse der Probe SP aus. Insbesondere umfasst der Emitter 71 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Laserlichtquelle, die Laserlicht als primäre elektromagnetische Welle emittiert.
Obwohl dies nicht im Detail dargestellt ist, umfasst der Emitter 71 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: eine Anregungslichtquelle, die unter Verwendung einer Laserdiode (LD) oder dergleichen konfiguriert ist; eine Fokussierlinse, die die Laserausgabe von der Anregungslichtquelle sammelt und den Laser als Laseranregungslicht emittiert; ein Lasermedium, das eine fundamentale Welle basierend auf dem Laseranregungslicht erzeugt; einen Q-Schalter, der dazu aufgebaut ist, die Basiswelle pulsierend zu oszillieren; einen hinteren Spiegel und einen Auskopplungsspiegel, die für eine Resonanz der fundamentalen Welle ausgelegt sind; und ein Wellenlängenwandlungselement, das eine Wellenlänge des vom Auskopplungsspiegel ausgegebenen Laserlichts umwandelt.
Als Lasermedium wird hier vorzugsweise z.B. stabförmiges Nd:YAG verwendet, um eine hohe Energie pro Puls zu erhalten. Man bemerke, dass in der vorliegenden Ausführungsform eine Wellenlänge (sog. fundamentale Wellenlänge) der vom Lasermedium durch stimulierte Emission emittierten Photonen auf 1064 nm im Infrarotbereich eingestellt ist.
Außerdem kann als Q-Schalter ein passiver Q-Schalter genutzt werden, bei dem die Durchlässigkeit zunimmt, wenn eine Intensität der fundamentalen Welle einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Der passive Q-Schalter wird z. B. unter Nutzung eines übersättigten Absorbers wie Cr:YAG aufgebaut. Weil der passive Q-Schalter verwendet wird, ist es möglich, eine Pulsoszillation automatisch zu einem Zeitpunkt durchzuführen, zu dem eine vorbestimmte Energiemenge oder mehr im Lasermedium akkumuliert ist. Darüber hinaus kann auch ein so genannter aktiver Q-Schalter verwendet werden, der in der Lage ist, eine Dämpfungsrate von außen zu steuern.
Außerdem werden zwei nichtlineare optische Kristalle, wie z. B. LBO (LiB₃O₃), als Wellenlängenumwandlungselement verwendet. Weil zwei Kristalle verwendet werden, kann eine dritte harmonische Welle aus der fundamentalen Welle erzeugt werden. Eine Wellenlänge der dritten harmonischen Welle ist in der vorliegenden Ausführungsform auf 355 nm im ultravioletten Bereich festgelegt.
Das heißt, der Emitter 71 für elektromagnetische Wellen gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das aus ultravioletten Strahlen gebildete Laserlicht als primäre elektromagnetische Welle ausgeben. Infolgedessen ist es möglich, die transparente Probe SP, wie z.B. Glas, mit dem LIBS-Verfahren optisch zu analysieren. Außerdem ist der Anteil des Laserlichts im ultravioletten Bereich, der die menschliche Netzhaut erreicht, äußerst gering. Die Sicherheit der Vorrichtung kann durch einen Aufbau erhöht werden, bei der das Laserlicht kein Bild auf der Netzhaut erzeugt.
Die Leistungsanpassung 72 ist in einem Strahlengang angeordnet, der den Emitter 71 für elektromagnetische Wellen und das Ablenkelement 73 verbindet, und kann eine Leistung des Laserlichts (primäre elektromagnetische Welle) einstellen. Im Einzelnen umfasst die Leistungsanpassung 72 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Halbwellenplatte bzw. λ/2-Platte 72a und einen Polarisationsstrahlteiler 72b. Die Halbwellenplatte 72a ist dazu aufgebaut, relativ zum Polarisationsstrahlteiler 72b drehbar zu sein, und die Lichtmenge, die durch den Polarisationsstrahlteiler 72b hindurchgeht, kann durch Steuern ihres Drehwinkels eingestellt werden.
Das Laserlicht (primäre elektromagnetische Welle), dessen Leistung durch die Leistungsanpassung 72 eingestellt wurde, wird von einem (nicht gezeigten) Spiegel reflektiert und tritt in eine optische Basis 700 ein.
Wie in 7 dargestellt wird, ist die optische Basis 700 im Analysegehäuse 70 angeordnet und bildet einen Aufnahmeraum für optische Elemente, die das optische Analysesystem 7 bilden. Insbesondere nimmt die optische Basis 700 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Ablenkelement 73, das spektroskopische Element 75, den ersten Parabolspiegel 76A, den ersten Strahlenteiler 78A, den zweiten Parabolspiegel 76B, den zweiten Strahlenteiler 78B, ein optisches Element 79b, das die Koaxialbeleuchtung 79 bildet, und das Abbildungsobjektiv 80 auf. Außerdem ist die optische Basis 700 neben dem Emitter 71 für elektromagnetische Wellen in einem Innenraum des Analysegehäuses 70 angeordnet. Die optische Basis 700 entspricht einem „zweiten Gehäuse“, das im Inneren des Analysegehäuses 70 vorgesehen ist.
Das Ablenkelement 73, auf das das vom Emitter 71 für elektromagnetische Wellen emittierte Laserlicht (primäre elektromagnetische Welle) fällt, lenkt das Laserlicht (die primäre elektromagnetische Welle) in einer optischen Achsenrichtung (Richtung entlang der optischen Analyseachse Aa) des reflektierenden Objektivs 74 ab.
Genauer gesagt ist das Ablenkelement 73 so ausgelegt, dass es die primäre elektromagnetische Welle reflektiert, die vom Emitter 71 für elektromagnetische Wellen ausgegeben und durch die Leistungsanpassung 72 geleitet wurde, um sie über das reflektierende Objektiv 74 auf die Probe SP zu leiten, und den Durchtritt einer sekundären elektromagnetischen Welle zu ermöglichen (bei der es sich um Licht handelt, das aufgrund eines auf der Oberfläche der Probe SP auftretenden Plasmas emittiert wird, und das nachstehend auch als „Plasmalicht“ bezeichnet wird), die in der Probe SP als Reaktion auf die primäre elektromagnetische Welle erzeugt wird, und die sekundäre elektromagnetische Welle zum ersten Detektor 77A und zum zweiten Detektor 77B zu leiten. Das Ablenkelement 73 ist auch dazu ausgelegt, den Durchtritt von sichtbarem Licht zu ermöglichen, das zur Erfassung gesammelt wird, und den größten Teil des sichtbaren Lichts zur ersten Kamera 81 zu leiten.
Das reflektierende Objektiv 74 wirkt als der Sammelkopf, der die sekundäre elektromagnetische Welle sammelt, die in der Probe SP als Reaktion auf die Emission der primären elektromagnetischen Welle durch den Emitter 71 für elektromagnetische Wellen erzeugt wird. Insbesondere ist das reflektierende Objektiv 74 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dazu aufgebaut, das Laserlicht als die primäre elektromagnetische Welle zu sammeln, die Probe SP mit dem Laserlicht zu bestrahlen und das Plasmalicht (sekundäre elektromagnetische Welle) zu sammeln, das in der Probe SP als Reaktion auf das Laserlicht (primäre elektromagnetische Welle) erzeugt wird, das auf die Probe SP einwirkt. In diesem Fall entspricht die sekundäre elektromagnetische Welle einer elektromagnetischen Welle, die aufgrund des auf der Oberfläche der Probe SP auftretenden Plasmas emittiert wird.
Das reflektierende Objektiv 74 ist dazu aufgebaut, ein optisches System, das für die Emission der primären elektromagnetischen Welle vom Sender der elektromagnetischen Welle 71 vorgesehen ist, koaxial zu einem optischen System vorzusehen, das für den Empfang des Reflexionslichts in der ersten Kamera 81 und den Empfang der sekundären elektromagnetischen Welle im ersten und zweiten Detektor 77A und 77B vorgesehen ist. Anders gesagt wird das reflektierende Objektiv 74 von den beiden Arten von optischen Systemen gemeinsam genutzt.
In der vorliegenden Ausführungsform können drei Funktionen, zu denen die Bestrahlung der Probe SP mit der primären elektromagnetischen Welle, die Aufnahme der sekundären elektromagnetischen Welle von der Probe SP und die Erfassung der Probe SP durch die erste Kamera 81 gehören, durch das einzige reflektierende Objektiv 74 ausgeführt werden, ohne sich gegenseitig zu behindern.
Außerdem ist eine Fokustiefe, auf die die primäre elektromagnetische Welle fokussiert wird, die das optische Analysesystem 7 emittiert, in der vorliegenden Ausführungsform tiefer als eine Fokustiefe, auf die die erste Kamera 81 fokussiert wird. Bei diesem Aufbau ist es selbst dann, wenn die Probe SP mit der primären elektromagnetischen Welle aus einem Beobachtungszustand bestrahlt wird, in dem die Probe SP unter Verwendung der ersten Kamera 81 des optischen Analysesystems 7 beobachtet wird, nicht nötig, einen Brennpunkt der primären elektromagnetischen Welle neu einzustellen. Infolgedessen kann der Brennpunkt der primären elektromagnetischen Welle, die von dem optischen Analysesystem 7 ausgesendet wird, automatisch auf eine Position eingestellt werden, die von der ersten Kamera 81 beobachtet wird.
Darüber hinaus kann die Fokustiefe, auf die die primäre elektromagnetische Welle fokussiert ist, tiefer sein als eine Fokustiefe, auf die die sekundäre elektromagnetische Welle fokussiert wird, die zum Detektor 77A oder 77B geleitet wird. Das heißt, es kann ein Aufbau verwendet werden, bei dem die Tiefe flacher wird als die Fokustiefe der primären elektromagnetischen Welle, indem eine numerische Apertur eines optischen Kondensorsystems des reflektierenden Objektivs 74 erhöht wird, um die Kondensoreffizienz der sekundären elektromagnetischen Welle zu erhöhen.
Das reflektierende Objektiv 74 weist die optische Analyseachse Aa auf, die sich entlang der im Wesentlichen senkrechten Richtung erstreckt. Die optische Analyseachse Aa ist so vorgesehen, dass sie parallel zur optischen Beobachtungsachse Ao eines Objektivs 92 des optischen Beobachtungssystems 9 verläuft. Eine „radiale Richtung“ bezieht sich in der folgenden Beschreibung auf eine Richtung, die orthogonal zu einem Einheitsvektor ist, der entlang der optischen Analyseachse Aa verläuft und sich radial von der optischen Analyseachse Aa erstreckt. In ähnlicher Weise bezieht sich eine „Umfangsrichtung“ auf eine Richtung, die orthogonal zu dem Einheitsvektor ist, der sich entlang der optischen Analyseachse Aa und der radialen Richtung erstreckt und um die optische Analyseachse Aa kreist. Außerdem bezieht sich die „Richtung der optischen Achse“ des optischen Analysesystems 7 auf eine Richtung, die entlang der optischen Analyseachse Aa verläuft.
Genauer gesagt ist das reflektierende Objektiv 74 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Schwarzschild-Objektiv mit zwei Spiegeln. Wie in den 7, 8A und 8B dargestellt, umfasst das reflektierende Objektiv 74 ein Verbindungselement 74a, das am Analysegehäuse 70 angebracht ist, ein Spiegelgehäuse 74b, das über das Verbindungselement 74a mit dem Analysegehäuse 70 verbunden ist, wobei der Primärspiegel 11 eine Ringform und einen relativ großen Durchmesser aufweist, der Sekundärspiegel 12 eine Scheibenform und einen relativ kleinen Durchmesser aufweist und ein Stützelement 14, das dazu aufgebaut ist, den Sekundärspiegel 12 mit dem Spiegelgehäuse 74b zu verbinden.
Das Verbindungselement 74a ist in Form eines Sockels ausgebildet, der ein Durchgangsloch koaxial zur optischen Analyseachse Aa aufweist. Das Verbindungselement 74a ist an einem unteren Ende der optischen Basis 700 in einem in Umfangsrichtung fixierten Zustand (nicht drehbarer Zustand) befestigt. Diese Befestigung legt eine Winkelposition des reflektierenden Objektivs 74 fest. Außerdem ist das Verbindungselement 74a so angeordnet, dass das Durchgangsloch des Verbindungselements 74a und ein am unteren Ende der optischen Basis 700 vorgesehenes Durchgangsloch miteinander in Verbindung stehen.
Das Spiegelgehäuse 74b hat eine zylindrische Form, deren Durchmesser sich zur Unterseite hin konisch verjüngt. Das Spiegelgehäuse 74b ist an einer unteren Fläche des Verbindungselements 74a in einem Zustand befestigt, in dem es in der Umfangsrichtung fixiert ist. Eine innere Umfangsfläche des Spiegelgehäuses 74b lagert den Primärspiegel 11 und den Sekundärspiegel 12.
Sowohl der Primärspiegel 11 als auch der Sekundärspiegel 12 sind so gestaltet, dass sie um die optische Analyseachse Aa rotationssymmetrisch sind. Das reflektierende Objektiv 74 ist dazu aufgebaut, die sekundäre elektromagnetische Welle durch den Primärspiegel 11 und den Sekundärspiegel 12 zu sammeln und die gesammelte sekundäre elektromagnetische Welle zu einer Öffnung 11a des Primärspiegels 11 zu leiten.
Der Primärspiegel 11 ist unter Nutzung eines zylindrischen Elements aufgebaut, dessen Mittelachse koaxial zur optischen Analyseachse Aa verläuft und das ein Durchgangsloch in der Mitte in radialer Richtung aufweist. Wie in den 8A und 8B dargestellt wird, bildet das Durchgangsloch des Primärspiegels 11 die Öffnung 11a, die dazu aufgebaut ist, den Durchgang der primären elektromagnetischen Welle und der sekundären elektromagnetischen Welle zu ermöglichen. Eine untere Endfläche des Primärspiegels 11 ist hochglanzpoliert, um eine primäre Reflexionsfläche 11b zu bilden. Der zylindrisch geformte Primärspiegel 11 ist im Spiegelgehäuse 74b aufgehängt.
Insbesondere weist der Primärspiegel 11 die Öffnung 11a in der Mitte in radialer Richtung und die primäre Reflexionsfläche 11b auf, die die sekundäre elektromagnetische Welle reflektiert, die in der Probe SP als Antwort auf die Emission der primären elektromagnetischen Welle erzeugt wird. Die primäre Reflexionsfläche 11b ist um die Öffnung 11a herum angeordnet.
Der Sekundärspiegel 12 umfasst eine Linse mit einer optischen Achse, die koaxial zur optischen Analyseachse Aa ist. Wie in den 8A, 8B und 11 dargestellt wird, ist die Linse, die den Sekundärspiegel 12 bildet, mit einer Sekundärreflexionsfläche 12b versehen, die man durch verspiegelnde Endbearbeitung an ihrer oberen Endfläche erhält, und mit einem durchlässigen Bereich 12a, der dazu aufgebaut ist, die primäre elektromagnetische Welle zu übertragen, ohne verspiegelt zu sein. Außerdem definiert das Stützelement 14, das die Linse im Sekundärspiegel 12 trägt, einen Hohlraum, der den Durchtritt der sekundären elektromagnetischen Welle ermöglicht. Der Sekundärspiegel 12 wird vom Spiegelgehäuse 74b über das Stützelement 14 getragen. Der Sekundärspiegel 12 ist mit dem Analysegehäuse 70 über das Stützelement 14, das Spiegelgehäuse 74b, das Verbindungselement 74a und die optische Basis 700 verbunden.
Insbesondere ist die Sekundärreflexionsfläche 12b an einem Außenrand des Sekundärspiegels 12 vorgesehen und empfängt die von der Primärreflexionsfläche 11b des Primärspiegels 11 reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle und reflektiert sie weiter. Die sekundäre Reflexionsfläche 12b ist im Wesentlichen donutförmig ausgebildet. Der durchlässige Bereich 12a befindet sich in der Mitte des Sekundärspiegels 12 und ist so angeordnet, dass er die primäre elektromagnetische Welle überträgt. Der durchlässige Bereich 12a ist im Wesentlichen scheibenförmig gestaltet.
Wie in den 8A und 8B dargestellt ist, kann eine konkave Meniskuslinse mit einer nach oben gerichteten konvexen Oberfläche und einer nach unten gerichteten konkaven Oberfläche als Linse verwendet werden, die den Sekundärspiegel 12 bildet. Die Sekundärreflexionsfläche 12b liegt außen an einem Rand der Linse und ist ringförmig mit einer im Wesentlichen nach oben gerichteten Spiegelfläche gestaltet.
Der durchlässige Bereich 12a befindet sich in der radialen Mitte der Linse (z. B. der konkaven Meniskuslinse). Die primäre elektromagnetische Welle, die durch den durchlässigen Bereich 12a übertragen wird, pflanzt sich fort und vergrößert dabei einen Strahldurchmesser.
Wie in 11 dargestellt ist, umfasst das Stützelement 14 einen ringförmigen Spiegelträger 14a und eine zweite Stütze 14b, die mit dem Spiegelträger 14a verbunden ist. Das Stützelement 14 stützt den Sekundärspiegel 12 einschließlich des durchlässigen Bereichs 12a und der Sekundärreflexionsfläche 12b, die an dessen Umfang vorgesehen ist, und kann den Sekundärspiegel 12 mit einer Innenwand des Spiegelgehäuses 74b verbinden.
Der Spiegelträger 14a ist um die Sekundärreflexionsfläche 12b angeordnet und koaxial zur optischen Analyseachse Aa ringförmig ausgebildet. Der Spiegelträger 14a ist im nicht drehbaren Zustand an der Innenumfangsfläche des Spiegelgehäuses 74b befestigt. Der Spiegelträger 14a ist über das Spiegelgehäuse 74b und das Verbindungselement 74a mit dem Analysegehäuse 70 verbunden. Der Raum, durch den die sekundäre elektromagnetische Welle geht, wird durch eine innere Umfangsfläche des Spiegelträgers 14a und eine äußere Umfangsfläche eines zylindrischen Körpers definiert, der die konkave Meniskuslinse und eine später beschriebene tertiäre Linse 13 aufnimmt.
Die zweite Stütze 14b verläuft radial von der Außenkante der Sekundärreflexionsfläche 12b und ist mit der Innenumfangsfläche des Spiegelgehäuses 74b verbunden. Insbesondere ist die zweite Stütze 14b dazu aufgebaut, radial weg vom zylindrischen Körper zu verlaufen. Drei zweite Stützen 14b gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind ungefähr alle 120° in der Umfangsrichtung vorgesehen.
Außerdem ist die tertiäre Linse 13 zwischen dem durchlässigen Bereich 12a und der Ablagefläche 51a im Wesentlichen in senkrechter Richtung angeordnet. Die tertiäre Linse 13 überträgt die primäre elektromagnetische Welle, nachdem sie den durchlässigen Bereich 12a passiert hat, und sammelt die primäre elektromagnetische Welle.
Die tertiäre Linse 13 umfasst einen Linsenhauptkörper 13a und eine dünne optische Schicht 13b. Die tertiäre Linse 13 ist koaxial zum Primärspiegel 11 und zum Sekundärspiegel 12 angeordnet.
Der Linsenhauptkörper 13a kann unter Verwendung einer bikonvexen Linse aufgebaut sein, deren Durchmesser kleiner ist als ein Außendurchmesser der gesamten konkaven Meniskuslinse, die den Sekundärspiegel 12 bildet, und größer als ein Außendurchmesser des einzelnen durchlässigen Bereichs 12a in der konkaven Meniskuslinse. Die durch den Linsenhauptkörper 13a übertragene primäre elektromagnetische Welle pflanzt sich fort, während sie in radialer Richtung gesammelt wird.
Eine Position eines Brennpunkts eines optischen Systems, das durch den durchlässigen Bereich 12a und den Linsenhauptkörper 13a gebildet wird, stimmt mit einer Position eines Brennpunkts eines optischen Systems überein, das durch den Primärspiegel 11 und den Sekundärspiegel 12 gebildet wird (siehe den schwarzen Punkt f in den 8A und 8B).
Die dünne optische Schicht 13b ist auf einer unteren Oberfläche des Hauptkörpers 13a der Linse vorgesehen und ist zwischen dem durchlässigen Bereich 12a und der Ablagefläche 51a angeordnet. Die dünne optische Schicht 13b blockiert Reflexionslicht, wie z.B. sichtbares Licht, das von der Probe SP reflektiert wird. Infolgedessen empfängt die erste Kamera 81 als Kamera das von der Primärreflexionsfläche 11b und der Sekundärreflexionsfläche 12b reflektierte Licht. Man bemerke, dass die dünne optische Schicht 13b auf einer konkaven Oberfläche vorgesehen sein kann, die sich auf der Seite befindet, die dem durchlässigen Bereich 12a in der konkaven Meniskuslinse gegenüberliegt, die den Sekundärspiegel 12 bildet. Es reicht aus, die dünne optische Schicht 13b zwischen dem durchlässigen Bereich 12a und der Ablagefläche 51a in Richtung der optischen Achse anzuordnen. Man bemerke, dass anstelle der dünnen optischen Schicht 13b auf der tertiären Linse 13 oder zusätzlich zu der dünnen optischen Schicht 13b sichtbares Licht durch das Ablenkelement 73 abgeschirmt werden kann, oder ein Lichtabschirmelement, das sichtbares Licht abschirmt, in einem Strahlengang vorgesehen sein kann, der das Ablenkelement 73 und die tertiäre Linse 13 verbindet.
Im reflektierenden Objektiv 74, das wie vorstehend erläutert aufgebaut ist, lässt der Primärspiegel 11 die primäre elektromagnetische Welle durch die Öffnung 11a durchgehen. Nachdem die primäre elektromagnetische Welle durch die Öffnung 11a gegangen ist, wird sie nacheinander durch den durchlässigen Bereich 12a des Sekundärspiegels 12 und den Linsenhauptkörper 13a der tertiären Linse 13 übertragen und auf die Probe SP emittiert (siehe Strahlengang bzw. optischer Pfad L1 in den 8A und 14).
Zu dieser Zeit vergrößert der Sekundärspiegel 12 einen Strahldurchmesser des Laserlichts (der primären elektromagnetischen Welle), der durch den durchlässigen Bereich 12a übertragen wird, und die tertiäre Linse 13 sammelt das Laserlicht, dessen Durchmesser durch den durchlässigen Bereich 12a vergrößert wurde, in einer vorbestimmten Position f des Brennpunkts. Das von der tertiären Linse 13 gesammelte Laserlicht konvergiert in einem Arbeitsabstand, der zur Position f des Brennpunkts passt. Das Laserlicht diffundiert in einer konischen Form, wenn der Abstand gleich groß wie oder größer als der vorab festgelegte Arbeitsabstand wird. Wenn das reflektierende Objektiv 74 nicht an der optischen Basis 700 befestigt ist, breitet sich das Laserlicht als paralleles Licht wie durch den Strahlengang L1 in 14 angezeigt aus, ohne zu konvergieren.
Man bemerke, dass die tertiäre Linse 13 nicht unbedingt erforderlich ist. Der Sekundärspiegel 12 kann anstelle der tertiären Linse 13 als konvexe Linse aufgebaut sein.
Wenn die Probe SP mit Laserlicht (primäre elektromagnetische Welle) bestrahlt wird, wird als Reaktion auf die primäre elektromagnetische Welle Plasmalicht (sekundäre elektromagnetische Welle) erzeugt, das zum reflektierenden Objektiv 74 zurückkehrt. Das von dem reflektierenden Objektiv 74 gesammelte Plasmalicht wird auf den Primärspiegel 11 gelenkt.
Die Primärreflexionsfläche 11b des Primärspiegels 11 reflektiert die sekundäre elektromagnetische Welle, die von der Probe SP zurückkommt. Die von der Primärreflexionsfläche 11b reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle wird zur Sekundärreflexionsfläche 12b des Sekundärspiegels 12 gelenkt.
Der Sekundärspiegel 12 empfängt die von der Primärreflexionsfläche 11b reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle an der Sekundärreflexionsfläche 12b und strahlt die sekundäre elektromagnetische Welle im Wesentlichen nach oben ab. Die von der Sekundärreflexionsfläche 12b reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle breitet sich entlang eines zylindrischen (hohlzylindrischen) Strahlengangs bzw. optischen Pfads aus. Zu diesem Zeitpunkt ist der von der sekundären elektromagnetischen Welle gebildete Strahlengang dazu aufgebaut, einen Strahlengang der sich säulenförmig ausbreitenden primären elektromagnetischen Welle zu umgeben, wie in 8A veranschaulicht. Anders gesagt breitet sich die primäre elektromagnetische Welle durch einen hohlen Abschnitt eines Zylinders im Strahlengang der sekundären elektromagnetischen Welle so aus, dass sie koaxial zur sekundären elektromagnetischen Welle ist.
Dann tritt die sekundäre elektromagnetische Welle, die sich entlang des zylindrischen Strahlengangs ausbreitet, aus der Öffnung 11a des Primärspiegels 11 in einem Zustand aus, in dem sie koaxial zur primären elektromagnetischen Welle ist. Die sekundäre elektromagnetische Welle, die aus der Öffnung 11a austritt, wird wie in 14 dargestellt zum Ablenkelement 73 geleitet (siehe den Strahlengang L2 in den 8A und 14).
Sowohl die primäre elektromagnetische Welle, die in das reflektierende Objektiv 74 einfällt, als auch die sekundäre elektromagnetische Welle, die aus dem reflektierenden Objektiv 74 austritt, sind über das Ablenkelement 73 optisch mit anderen Elementen verbunden. Das Ablenkelement 73 hat einen für das reflektierende Objektiv 74 geeigneten Aufbau.
Genauer gesagt umfasst das Ablenkelement 73 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Teilspiegel mit einem reflektierenden Bereich 731 und einem hohlen Bereich 732. Der reflektierende Bereich 731 ist so angeordnet, dass er dem durchlässigen Bereich 12a gegenüberliegt, um die primäre elektromagnetische Welle entlang der optischen Achsenrichtung des reflektierenden Objektivs 74 zu reflektieren. Der hohle Bereich 732 ermöglicht den Durchtritt der sekundären elektromagnetischen Welle, die von dem reflektierenden Objektiv 74 gesammelt wird.
Genauer gesagt umfasst das Ablenkelement 73: einen plattenförmigen Elementträger 73a, der das Durchgangsloch 73b aufweist; ein Spiegelelement 73c, das in der Mitte des Durchgangslochs 73b angeordnet ist und den reflektierenden Bereich 731 bildet; und eine erste Stütze 73d, die radial von einer äußeren Seitenfläche des Spiegelelements 73c verläuft und mit einer inneren Seitenfläche des Durchgangslochs 73b verbunden ist. Das Durchgangsloch 73b durchdringt den Elementträger 73a in der Richtung der optischen Achse.
Aus diesen ist der Elementträger 73a in Form einer rechteckigen dünnen Platte ausgebildet und zwischen dem spektroskopischen Element 75 und der Öffnung 11a des reflektierenden Objektivs 74 in Richtung der optischen Achse angeordnet. Der Elementträger 73a ist an dem Analysegehäuse 70 in einer Stellung angebracht, in der seine Dickenrichtung relativ zur Richtung der optischen Achse geneigt ist.
Wie in 14 veranschaulicht wird, ist das Durchgangsloch 73b so ausgebildet, dass es entlang der Richtung der optischen Achse des reflektierenden Objektivs 74 durch den Elementträger 73a geht. Das heißt, das Durchgangsloch 73b verläuft in einer Richtung, die relativ zur Dickenrichtung des Elementträgers 73a geneigt ist.
Wie in 13 dargestellt wird, ist das Durchgangsloch 73b so geformt, dass es in Richtung der optischen Achse des reflektierenden Objektivs 74 gesehen einen kreisförmigen Querschnitt mit einem konstanten Innendurchmesser aufweist. In diesem Fall stimmt eine Mittelachse des Durchgangslochs 73b mit der optischen Achse des reflektierenden Objektivs 74 überein, also mit der optischen Analyseachse Aa. Das heißt, das Durchgangsloch 73b ist so geformt, dass es bei Betrachtung aus der Dickenrichtung des Elementträgers 73a eine ovale Form besitzt und bei einer Projektion auf eine Ebene senkrecht zur optischen Analyseachse Aa eine im Wesentlichen perfekt kreisförmige Projektionsfläche aufweist.
Das Spiegelelement 73c ist unter Verwendung eines optischen Spiegels aufgebaut, der in einer Stellung angeordnet ist, in der eine Spiegelfläche desselben schräg nach unten zeigt. Die Spiegelfläche des Spiegelelements 73c bildet den reflektierenden Bereich 731. Der reflektierende Bereich 731 ist zum durchlässigen Bereich 12a in Richtung der optischen Achse ausgerichtet und kann die primäre elektromagnetische Welle reflektieren, die zum durchlässigen Bereich 12a gelenkt werden soll.
Wie in 13 dargestellt ist, wird das Spiegelelement 73c kreisförmig mit einem konstanten Innendurchmesser gebildet, wenn es entlang der optischen Achsrichtung des reflektierenden Objektivs 74 betrachtet wird. In diesem Fall stimmt eine Mittelachse des Spiegelelements 73c mit der Mittelachse des Durchgangslochs 73b und der optischen Analyseachse Aa überein. Das heißt, dass das Spiegelelement 73c in einer Richtung senkrecht zur Spiegeloberfläche gesehen in einer ovalen Form ausgebildet ist, und eine im Wesentlichen perfekt kreisförmige Projektionsfläche aufweist, wenn es auf eine Ebene senkrecht zur optischen Analyseachse Aa projiziert wird.
Der hohle Bereich 732 wird durch die Innenseitenfläche des Durchgangslochs 73b und die Außenseitenfläche des Spiegelelements 73c definiert. Der hohle Bereich 732 ist radial außerhalb des reflektierenden Bereichs 731 angeordnet und ermöglicht den Durchtritt der sekundären elektromagnetischen Welle.
Hier ist ein Außendurchmesser des Spiegelelements 73c so gestaltet, dass er kleiner ist als ein Innendurchmesser der Sekundärreflexionsfläche 12b, wenn der Sekundärspiegel 12, das Trägerelement 14 und das Ablenkelement 73 wie in 13 dargestellt in einer Draufsicht entlang der optischen Analyseachse Aa betrachtet werden. Daher durchläuft die sekundäre elektromagnetische Welle, die von der Sekundärreflexionsfläche 12b reflektiert wird und sich säulenförmig fortpflanzt, den hohlen Bereich 732, ohne durch den reflektierenden Bereich 731 blockiert zu werden, wie im Strahlengang L2 der 14 dargestellt.
Die erste Stütze 73d erstreckt sich radial von der äußeren Seitenfläche des Spiegelelements 73c und ist mit der inneren Seitenfläche des Durchgangslochs 73b verbunden. Insbesondere sind drei erste Stützen 73d ungefähr alle 120° in der Umfangsrichtung vorgesehen.
Wie in 13 dargestellt wird, sind die ersten und zweiten Stützen 73d und 14b so angeordnet, dass sie einander entlang der optischen Achse gesehen überlappen. Dabei stimmt eine Dicke in Umfangsrichtung der ersten Stütze 73d im Wesentlichen mit einer Dicke in Umfangsrichtung der zweiten Stütze 14b überein. Die sekundäre elektromagnetische Welle, die so ausgegeben wird, dass sie zwischen den zweiten Stützen 14b hindurchgeht, kann durch den hohlen Bereich 732 gehen, ohne durch die erste Stütze 73d blockiert zu werden.
Die sekundäre elektromagnetische Welle, die den hohlen Bereich 732 durchlaufen hat, ohne durch den reflektierenden Bereich 731 und die erste Stütze 73d blockiert zu werden, erreicht das spektroskopische Element 75. Das spektroskopische Element 75 ist zwischen dem Ablenkelement 73 und dem ersten Strahlenteiler 78A in Richtung der optischen Achse des reflektierenden Objektivs 74 angeordnet und leitet einen Teil der in der Probe SP erzeugten sekundären elektromagnetischen Welle zum ersten Detektor 77A und den anderen Teil zum zweiten Detektor 77B oder dergleichen. Der größte Teil des vorgenannten Plasmalichts wird zum zweiten Detektor 77B geleitet, aber der Rest erreicht die erste Kamera 81.
Insbesondere enthält die sekundäre elektromagnetische Welle, die von der Probe SP zurückkommt, verschiedene Wellenlängenkomponenten zusätzlich zu einer Wellenlänge, die zum Laserlicht als der primären elektromagnetischen Welle gehört. Daher reflektiert das spektroskopische Element 75 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine elektromagnetische Welle in einem kurzen Wellenlängenband aus der sekundären elektromagnetischen Welle, die von der Probe SP zurückkommt, und lenkt die elektromagnetische Welle zum ersten Detektor 77A. Das spektroskopische Element 75 überträgt auch elektromagnetische Wellen in anderen Bändern und lenkt die elektromagnetischen Wellen zum zweiten Detektor 77B.
Genauer gesagt wird das spektroskopische Element 75 aus einem Material hergestellt, das für einen zweiten Wellenlängenbereich auf der Infrarotseite, der zu einem Wellenlängenbereich gehört, der gleich groß wie oder größer als eine vorbestimmte Wellenlänge ist, eine höhere Durchlässigkeit aufweist als für einen ersten Wellenlängenbereich auf der Ultraviolett-Seite, der zu einem Wellenlängenbereich gehört, der kleiner als die vorbestimmte Wellenlänge ist. Solche Materialien umfassen ein Glasmaterial, ein Kunstharz und dergleichen.
Wenn zum Beispiel das Glasmaterial verwendet wird, hat das Glas selbst einen geringen Reflexionsgrad für elektromagnetische Wellen. Daher ist es möglich, einen Aufbau anzunehmen, bei der eine dünne optische Schicht, die eine zum ersten Wellenlängenbereich gehörende elektromagnetische Welle reflektiert, auf einer Glasoberfläche abgeschieden wird, um eine zum Wellenlängenbereich auf der ultravioletten Seite gehörende elektromagnetische Welle zu reflektieren und die elektromagnetische Welle zum ersten Detektor 77A zu leiten.
Dann empfängt das spektroskopische Element 75 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die sekundäre elektromagnetische Welle, die vom reflektierenden Objektiv 74 gesammelt wurde. Das spektroskopische Element 75 ist ein sogenannter dichroitischer Spiegel und reflektiert eine sekundäre elektromagnetische Welle, die zum ersten Wellenlängenbereich auf der ultravioletten Seite gehört, und lässt eine sekundäre elektromagnetische Welle aus den einfallenden sekundären elektromagnetischen Wellen durch, die zum zweiten Wellenlängenbereich auf der infraroten Seite gehört. Wie vorstehend erläutert wurde, hat das Material der Hauptkomponente des spektroskopischen Elements 75 eine relativ geringe Durchlässigkeit für den ersten Wellenlängenbereich und eine relativ hohe Durchlässigkeit für den zweiten Wellenlängenbereich. Daher kann das spektroskopische Element 75 verglichen mit einem Fall, in dem der erste Wellenlängenbereich auf der ultravioletten Seite durchgelassen wird, einen Verlust der gesamten sekundären elektromagnetischen Welle minimieren, der durch die Absorption im Material, wie z. B. Glas, verursacht wird.
Der erste Parabolspiegel 76A ist ein sogenannter Parabolspiegel, der zwischen dem spektroskopischen Element 75 und dem ersten Detektor 77A angeordnet ist. Der erste Parabolspiegel 76A sammelt die sekundäre elektromagnetische Welle, die vom spektroskopischen Element 75 reflektiert wird, und bewirkt, dass die gesammelte sekundäre elektromagnetische Welle auf den ersten Detektor 77A fällt.
Insbesondere reflektiert der erste Parabolspiegel 76A die sekundäre elektromagnetische Welle auf der ultravioletten Seite, die ein sichtbares Lichtband umfasst und vom spektroskopischen Element 75 reflektiert wird, nachdem sie vom reflektierenden Objektiv 74 gesammelt wurde und durch das Ablenkelement 73 gegangen ist. Der erste Parabolspiegel 76A ist dazu aufgebaut, die vom ersten Parabolspiegel 76A reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle auf dem ersten Detektor 77A zu sammeln.
Hier erzeugt der erste Detektor 77A ein Intensitätsverteilungsspektrum, das eine Intensitätsverteilung für jede Wellenlänge des in der Probe SP erzeugten Plasmalichts (sekundäre elektromagnetische Welle) darstellt. Insbesondere ist der erste Detektor 77A so aufgebaut, dass die sekundäre elektromagnetische Welle auf der ultravioletten Seite, die vom spektroskopischen Element 75 reflektiert wird, auf ihn trifftt, und er weist einen Eintrittsspalt 77a auf, der dazu aufgebaut ist, die sekundäre elektromagnetische Welle zu empfangen.
Man bemerke, dass eine Brennpunktposition des ersten Parabolspiegels 76A so angeordnet sein kann, dass sie mit dem Eintrittsspalt 77a zusammenfällt, oder so angeordnet sein kann, dass sie nicht mit dem Eintrittsspalt 77a zusammenfällt. Die letztgenannte Anordnung entspricht einer aus dem exakten Fokus verschobenen Anordnung. Diese Anordnung ist vorteilhaft in einem Fall, in dem die Energie des zurückkehrenden Laserlichts hoch ist und der Eintrittsspalt 77a beschädigt werden kann.
Außerdem wird der erste Detektor 77A von der in den 7 und 9 dargestellten ersten Platte 701 getragen. Die erste Platte 701 ist mit einer oberen Fläche der optischen Basis 700 verbunden. Der erste Detektor 77A ist über die erste Platte 701 mit der optischen Basis 700 verbunden. Mit dieser Verbindung kann die Positionierung des Eintrittsspalts 77a relativ zu einem optischen Lichtleitersystem 7a wie dem ersten Parabolspiegel 76A stabilisiert werden.
Außerdem ist in der Nähe des ersten Detektors 77A ein erster Einstellmechanismus 771 vorgesehen, der eine relative Position des ersten Detektors 77A zur ersten Platte 701 einstellt (nur in 7 dargestellt). Da der erste Einstellmechanismus 771 verwendet wird, kann eine relative Position des Eintrittsspalts 77a relativ zum optischen Lichtleitersystem 7a eingestellt werden.
Man bemerke, dass der Aufbau, durch den die erste Platte 701 mit der optischen Basis 700 verbunden ist, nicht wesentlich ist. Beispielsweise kann die erste Platte 701 mit einer Innenwand des Analysegehäuses 70 verbunden sein. In einem solchen Aufbau stellt der erste Einstellmechanismus 771 eine relative Position des ersten Detektors 77A relativ zum Analysegehäuse 70 ein.
Der erste Detektor 77A empfängt die sekundäre elektromagnetische Welle, die in der Probe SP erzeugt und vom reflektierenden Objektiv 74 gesammelt wird, und erzeugt das Intensitätsverteilungsspektrum, das die Intensitätsverteilung für jede Wellenlänge der sekundären elektromagnetischen Welle ist. Der erste Detektor 77A ist dazu aufgebaut, die sekundäre elektromagnetische Welle zu empfangen, die stromauf des zweiten Detektors 77B im Strahlengang der sekundären elektromagnetischen Welle ausgehend vom reflektierenden Objektiv 74 gestreut bzw. defokussiert wird. Der erste Wellenlängenbereich auf der ultravioletten Seite des in der Probe SP erzeugten Plasmalichts wird zum ersten Detektor 77A geleitet, indem er ohne Übertragung durch eine Linse oder dergleichen mehrmals reflektiert wird. Das heißt, der erste Wellenlängenbereich auf der ultravioletten Seite wird über ein optisches Reflexionssystem, wie das reflektierende Objektiv 74 und den ersten Parabolspiegel 76A, zum ersten Detektor 77A geleitet, ohne durch ein optisches Transmissionssystem zu gehen. Da keine chromatische Aberration auftritt, kann die Analysegenauigkeit verbessert werden.
Insbesondere in einem Fall, in dem der Emitter 71 für elektromagnetische Wellen dazu aufgebaut ist, die Laserlichtquelle zu verwenden, und das reflektierende Objektiv 74 dazu aufgebaut ist, Licht zu sammeln, das als Reaktion auf die Bestrahlung mit Laserlicht erzeugt wird, reflektiert der erste Detektor 77A Licht in verschiedenen Winkeln für jede Wellenlänge, um das Licht zu trennen, und bewirkt, dass jeder Strahl des getrennten Lichts auf ein Abbildungselement mit einer Vielzahl von Pixeln einfällt. Infolgedessen kann die Wellenlänge des von jedem Pixel empfangenen Lichts unterschiedlich gestaltet werden, und es kann eine Lichtempfangsintensität für jede Wellenlänge erfasst werden. In diesem Fall entspricht das Intensitätsverteilungsspektrum einer Intensitätsverteilung für jede Wellenlänge des Lichts.
Als erster Detektor 77A kann z.B. ein Detektor auf der Basis eines Czerny-Turner-Detektors verwendet werden. Der erste Detektor 77A ist dazu aufgebaut, für die Erfassung des ersten Wellenlängenbereichs auf der ultravioletten Seite geeignet zu sein. Der Eintrittsspalt des ersten Detektors 77A ist so ausgerichtet, dass er mit der Brennpunktposition des ersten Parabolspiegels 76A übereinstimmt. Das vom ersten Detektor 77A erzeugte Intensitätsverteilungsspektrum wird der Steuerung 21 des Steuerhauptkörpers 2 eingegeben.
Der erste Strahlteiler 78A reflektiert einen Teil des durch das spektroskopische Element 75 übertragenen Lichts (die sekundäre elektromagnetische Welle auf der Infrarotseite einschließlich des sichtbaren Lichtbandes), um zum zweiten Detektor 77B geleitet zu werden, und überträgt den anderen Teil (einen Teil des sichtbaren Lichtbandes), um zum zweiten Strahlteiler 78B geleitet zu werden. Ein relativ großer Teil des Plasmalichts wird aus dem zum sichtbaren Lichtband gehörenden Plasmalicht zum zweiten Detektor 77B geleitet, und ein relativ kleiner Teil des Plasmalichts wird über den zweiten Strahlteiler 78B zur ersten Kamera 81 geleitet.
Der zweite Parabolspiegel 76B ist ein sogenannter Parabolspiegel und ist zwischen dem ersten Strahlteiler 78A und dem zweiten Detektor 77B angeordnet. Der zweite Parabolspiegel 76B sammelt eine sekundäre elektromagnetische Welle, die vom ersten Strahlteiler 78A reflektiert wird, und bewirkt, dass die gesammelte sekundäre elektromagnetische Welle auf den zweiten Detektor 77B fällt.
Insbesondere reflektiert der zweite Parabolspiegel 76B die sekundäre elektromagnetische Welle auf der Infrarotseite, die vom ersten Strahlteiler 78A reflektiert wurde, nachdem sie durch das Ablenkelement 73 ging und durch das spektroskopische Element 75 übertragen wurde. Der zweite Parabolspiegel 76B ist dazu aufgebaut, die vom zweiten Parabolspiegel 76B reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle auf dem zweiten Detektor 77B zu sammeln.
Wenn hier die auf dem Verschiebetisch 5 platzierte Probe SP mit Laserlicht (der primären elektromagnetischen Welle) aus dem Analysegehäuse 70 als einem Gehäuse bestrahlt wird, erzeugt der zweite Detektor 77B ein Intensitätsverteilungsspektrum, das eine Intensitätsverteilung des in der Probe SP erzeugten Plasmalichts (der sekundären elektromagnetischen Welle) für jede Wellenlänge ist, was ähnlich wie beim ersten Detektor 77A funktioniert. Insbesondere ist der zweite Detektor 77B so aufgebaut, dass das Plasmalicht auf der Infrarotseite, das durch das spektroskopische Element 75 übertragen wird, auf ihn fällt, und der Eintrittsspalt 77b ist dazu aufgebaut, das Plasmalicht zu empfangen.
Man bemerke, dass eine Brennpunktposition des zweiten Parabolspiegels 76B so angeordnet sein kann, dass sie mit dem Eintrittsspalt 77b des zweiten Detektors 77B zusammentrifft, oder so angeordnet sein kann, dass sie nicht mit dem Eintrittsspalt 77b zusammentrifft. Die letztgenannte Anordnung entspricht einer aus dem Fokus verschobenen Anordnung. Diese Anordnung ist vorteilhaft, wenn die Energie des zurückkehrenden Lichts des Lasers stark ist und der Eintrittsspalt 77b beschädigt werden kann.
Außerdem wird der zweite Detektor 77B von einer zweiten Platte 702 getragen, die in den 7 und 9 dargestellt ist. Die zweite Platte 702 ist mit der oberen Fläche der optischen Basis 700 verbunden. Der zweite Detektor 77B ist über die zweite Platte 702 mit der optischen Basis 700 verbunden. Mit dieser Verbindung kann die Positionierung des Eintrittsspalts 77b relativ zum optischen Lichtleitersystem 7a, wie z. B. dem zweiten Parabolspiegel 76B, stabilisiert werden.
Außerdem ist in der Nähe des zweiten Detektors 77B ein zweiter Einstellmechanismus 772 vorgesehen, der eine Position des zweiten Detektors 77B relativ zur zweiten Platte 702 einstellt. Da der zweite Einstellmechanismus 772 verwendet wird, kann eine Position des Eintrittsspalts 77b relativ zum optischen Lichtleitersystem 7a eingestellt werden.
Man bemerke, dass der Aufbau, durch den die zweite Platte 702 mit der optischen Basis 700 verbunden ist, nicht wesentlich ist. Beispielsweise kann die zweite Platte 702 mit der Innenwand des Analysegehäuses 70 verbunden sein. In einem derartigen Aufbau stellt der zweite Einstellmechanismus 772 eine Position des zweiten Detektors 77B relativ zum Analysegehäuse 70 ein.
Der zweite Detektor 77B empfängt die sekundäre elektromagnetische Welle, die in der Probe SP erzeugt und vom reflektierenden Objektiv 74 gesammelt wird, und erzeugt das Intensitätsverteilungsspektrum, das die Intensitätsverteilung für jede Wellenlänge der sekundären elektromagnetischen Welle ist. Der zweite Detektor 77B ist dazu aufgebaut, die sekundäre elektromagnetische Welle zu empfangen, die auf der stromabwärtigen Seite des ersten Detektors 77A im Strahlengang der sekundären elektromagnetischen Welle ausgehend vom reflektierenden Objektiv 74 gestreut wird. Der zweite Wellenlängenbereich des in der Probe SP erzeugten Plasmalichts auf der Infrarotseite wird mit Ausnahme des Durchtritts durch das spektroskopische Element 75 durch eine Vielzahl von Reflexionen zum zweiten Detektor 77B geleitet. Das heißt, der zweite Wellenlängenbereich auf der Infrarotseite wird über ein optisches Reflexionssystem wie das reflektierende Objektiv 74 und den ersten Parabolspiegel 76A zum ersten Detektor 77A geleitet. Da das Auftreten von chromatischer Aberration minimiert werden kann, kann die Analysegenauigkeit verbessert werden.
Insbesondere in einem Fall, in dem der Emitter 71 für elektromagnetische Wellen dazu aufgebaut ist, die Laserlichtquelle zu verwenden, und das reflektierende Objektiv 74 dazu aufgebaut ist, Licht zu sammeln, das als Reaktion auf die Bestrahlung mit Laserlicht erzeugt wird, reflektiert der zweite Detektor 77B Licht in verschiedenen Winkeln für jede Wellenlänge, um das Licht zu trennen, und bewirkt, dass jeder Strahl des getrennten Lichts auf ein Abbildungselement mit einer Vielzahl von Pixeln einfällt. Infolgedessen kann eine Wellenlänge des von jedem Pixel empfangenen Lichts unterschiedlich sein, und eine Lichtempfangsintensität kann für jede Wellenlänge erfasst werden. In diesem Fall entspricht das Intensitätsverteilungsspektrum einer Intensitätsverteilung für jede Lichtwellenlänge.
Als zweiter Detektor 77B kann z.B. ein Detektor auf der Basis eines Czerny-Turner-Detektors verwendet werden. Der zweite Detektor 77B ist dazu aufgebaut, für die Erfassung des zweiten Wellenlängenbereichs auf der Infrarotseite geeignet zu sein. Der Eintrittsspalt des zweiten Detektors 77B ist so ausgerichtet, dass er mit der Brennpunktposition des zweiten Parabolspiegels 76B zusammenfällt. Das vom zweiten Detektor 77B erzeugte Intensitätsverteilungsspektrum wird ähnlich wie das vom ersten Detektor 77A erzeugte Intensitätsverteilungsspektrum der Steuerung 21 des Steuerhauptkörpers 2 eingelesen.
Das vom ersten Detektor 77A erzeugte ultraviolette Intensitätsverteilungsspektrum und das vom zweiten Detektor 77B erzeugte infrarote Intensitätsverteilungsspektrum werden in die Steuerung 21 eingegeben. Die Steuerung 21 führt basierend auf den Intensitätsverteilungsspektren eine Komponentenanalyse der Probe SP durch, wobei sie ein später erläutertes Grundprinzip nutzt. Die Steuerung 21 kann die Komponentenanalyse in einem breiteren Frequenzbereich durchführen, indem sie das Intensitätsverteilungsspektrum auf der ultravioletten Seite und das Intensitätsverteilungsspektrum auf der infraroten Seite kombiniert verwendet.
Der zweite Strahlteiler 78B reflektiert Beleuchtungslicht (sichtbares Licht), das von einer LED-Lichtquelle 79a emittiert und durch das optische Element 79b geleitet wurde, und bestrahlt die Probe SP mit dem Beleuchtungslicht über den ersten Strahlteiler 78A, das spektroskopische Element 75, das Ablenkelement 73 und das reflektierende Objektiv 74. Von der Probe SP reflektiertes Reflexionslicht (sichtbares Licht) kehrt über das reflektierende Objektiv 74 in das optische Analysesystem 7 zurück.
Aus den Strahlen des zum optischen Analysesystem 7 zurückgekommenen Reflexionslichts lässt der zweite Strahlteiler 78B das durch den ersten Strahlteiler 78A übertragene Reflexionslicht und das durch den ersten Strahlteiler 78A übertragene Plasmalicht durch, das den ersten und zweiten Detektor 77A und 77B nicht erreicht, und bewirkt, dass das Reflexionslicht und das Plasmalicht über die Abbildungslinse 80 in die erste Kamera 81 fallen.
Die Koaxialbeleuchtung 79 umfasst die LED-Lichtquelle 79a, die das Beleuchtungslicht abstrahlt, und das optische Element 79b, durch das das Beleuchtungslicht geht, das von der LED-Lichtquelle 79a abgestrahlt wurde. Die Koaxialbeleuchtung 79 arbeitet als sogenannte „koaxiale Epi-Beleuchtung“. Das von der LED-Lichtquelle 79a ausgestrahlte Beleuchtungslicht pflanzt sich koaxial zum Laserlicht (der primären elektromagnetischen Welle), das vom Emitter 71 für elektromagnetische Wellen ausgegeben und auf die Probe SP abgestrahlt wird, und dem Licht (der sekundären elektromagnetischen Welle) fort, das von der Probe SP zurückkommt.
Insbesondere strahlt die Koaxialbeleuchtung 79 das Beleuchtungslicht über einen Strahlengang ab, der koaxial zur primären elektromagnetischen Welle ist, die vom Emitter 71 für elektromagnetische Wellen abgestrahlt wird. Genauer gesagt ist ein Abschnitt, der das Ablenkelement 73 und das reflektierende Objektiv 74 im Strahlengang des Beleuchtungslichts verbindet, koaxial zum Strahlengang der primären elektromagnetischen Welle. Außerdem ist ein Abschnitt, der den ersten Strahlteiler 78A und das reflektierende Objektiv 74 im Strahlengang des Beleuchtungslichts verbindet, koaxial zum Strahlengang der sekundären elektromagnetischen Welle.
Obwohl die Koaxialbeleuchtung 79 in dem in 7 dargestellten Beispiel in das Analysegehäuse 70 eingebaut ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt. Beispielsweise kann eine Lichtquelle außerhalb des Analysegehäuses 70 angeordnet sein, und die Lichtquelle und das optische Analysesystem 7 können über ein optisches Faserkabel mit dem optischen System gekoppelt sein.
Die Seitenbeleuchtung 84 ist so angeordnet, dass sie das reflektierende Objektiv 74 umgibt, das den Sammelkopf darstellt. Die Seitenbeleuchtung 84 sendet Beleuchtungslicht von der Seite der Probe SP aus (also aus einer Richtung, die relativ zur optischen Analyseachse Aa geneigt ist).
Die Seitenbeleuchtung 84 ist insbesondere so angeordnet, dass sie den äußeren Umfang des reflektierenden Objektivs 74 umgibt. Genauer gesagt ist die Seitenbeleuchtung 84 dazu aufgebaut, einen ringförmigen Beleuchtungskörper zu verwenden, der das reflektierende Objektiv 74 ringförmig umgibt. Eine zentrale Achse eines Rings, der zur Seitenbeleuchtung 84 gehört (die zentrale Achse in einem Fall, in dem die Seitenbeleuchtung 84 als ein Ring betrachtet wird), ist so angeordnet, dass sie koaxial zur optischen Analyseachse Aa ist.
Im Einzelnen umfasst die Seitenbeleuchtung 84 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Gehäuse 84a, eine LED-Lichtquelle (Lichtquelle) 84b, die Beleuchtungslicht emittiert, ein Lichtleiterelement 84c, das das von der LED-Lichtquelle 84b emittierte Beleuchtungslicht durchlässt, und eine Streuscheibe 84d.
Das Gehäuse 84a weist eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einem größeren Durchmesser als das Verbindungselement 74a und das Spiegelgehäuse 74b auf, die das reflektierende Objektiv 74 bilden. Das Gehäuse 84a deckt den Außenumfang (das Verbindungselement 74a und das Spiegelgehäuse 74b) des reflektierenden Objektivs 74 ab. Wie in den 8A und 8B dargestellt ist, wird das Gehäuse 84a gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht vom reflektierenden Objektiv 74, sondern vom Analysegehäuse 70 getragen. Eine Innenumfangsfläche des Gehäuses 84a ist von einer Außenumfangsfläche des reflektierenden Objektivs 74 in radialer Richtung getrennt.
Das Gehäuse 84a beherbergt die LED-Lichtquelle 84b, das Lichtleiterelement 84c und die Streuscheibe 84d. Die LED-Lichtquelle 84b, das Lichtleiterelement 84c und die Streuscheibe 84d sind in radialer Richtung zwischen der Außenumfangsfläche des reflektierenden Objektivs 74 und der Innenumfangsfläche des Gehäuses 84a angeordnet.
Die LED-Lichtquelle 84b wird von der Innenumfangsfläche des Gehäuses 84a getragen. Die LED-Lichtquelle 84b ist ringförmig in der Umfangsrichtung angeordnet und kann ringförmiges Beleuchtungslicht emittieren. Wenn das reflektierende Objektiv 74 wie in 10 dargestellt von unten entlang der optischen Analyseachse Aa betrachtet wird, ist die LED-Lichtquelle 84b in eine Vielzahl von Blöcken (vier Blöcke im gezeichneten Beispiel) entlang der Umfangsrichtung unterteilt. Die LED-Lichtquelle 84b ist so aufgebaut, dass sie dazu fähig ist, jeden unterteilten Block einzeln zu beleuchten. In dem in 10 dargestellten Beispiel kann das Beleuchtungslicht von einem Block emittiert werden, der sich in der 3-Uhr-Richtung befindet, wenn die Umfangsrichtung als Ziffernblatt betrachtet wird, oder das Beleuchtungslicht kann von einer Vielzahl von Blöcken wie der 6-Uhr-Richtung und der 9-Uhr-Richtung emittiert werden. Die Probe SP wird mit dem von der LED-Lichtquelle 84b emittierten Beleuchtungslicht über das Lichtleiterelement 84c und die Streuscheibe 84d bestrahlt.
Insbesondere ist die LED-Lichtquelle 84b gemäß der vorliegenden Ausführungsform so angeordnet, dass sie in radialer Richtung näher an der Innenumfangsfläche des Gehäuses 84a als an der Außenumfangsfläche des reflektierenden Objektivs 74 liegt. Die LED-Lichtquelle 84b ist an der radial äußeren Seite des Primärspiegels 11 und des Sekundärspiegels 12 angeordnet. Die LED-Lichtquelle 84b kann beispielsweise auch zwischen dem Primärspiegel 11 und dem Sekundärspiegel 12 angeordnet sein, so dass sie in der Richtung entlang der optischen Analyseachse Aa (der optischen Achsenrichtung des reflektierenden Objektivs 74) näher am Analysegehäuse 70 liegt als der Sekundärspiegel 12 (anders gesagt, weiter weg von der Probe SP liegt als der Sekundärspiegel 12).
Außerdem ist die LED-Lichtquelle 84b in einem Zustand angeordnet, in dem sie von der Außenumfangsfläche des reflektierenden Objektivs 74 getrennt ist, anders gesagt in einem das reflektierende Objektiv 74 nicht berührenden Zustand, wie in den 8A und 8B dargestellt. Die Seitenbeleuchtung 84 ist dazu aufgebaut, über die optische Basis 700 mit dem reflektierenden Objektiv 74 verbunden zu sein, und nicht direkt mit dem reflektierenden Objektiv 74 verbunden zu sein. Außerdem ist oberhalb der LED-Lichtquelle 84b eine Belüftung 84e vorgesehen, wie in den 8A und 8B dargestellt ist. Die Belüftung 84e ist zu einer Seitenfläche des Gehäuses 84a hin offen.
Das reflektierende Objektiv 74 ist durch Kombination mehrerer Linsen als ein Objektiv aufgebaut und reagiert empfindlicher auf eine Temperaturänderung als ein Objektiv, das aus einer Linse aufgebaut ist. Daher ist es wünschenswert, ein Schema zur Unterdrückung einer Wärmeübertragung auf das reflektierende Objektiv 74 einzuführen, damit sich die Messgenauigkeit aufgrund der Temperaturänderung nicht verschlechtert.
Daher kann die Wärmeübertragung von der LED-Lichtquelle 84b auf das reflektierende Objektiv 74 unterdrückt werden, indem die LED-Lichtquelle 84b mit dem reflektierenden Objektiv 74 im kontaktlosen Zustand verbunden wird und die Belüftung 84e im Gehäuse 84a wie vorstehend beschrieben vorgesehen wird.
Das Lichtleiterelement 84c streut das von der LED-Lichtquelle 84b emittierte Beleuchtungslicht in radialer Richtung. Das durch das Lichtleiterelement 84c gestreute Beleuchtungslicht wird abgestrahlt, während es sich in der radialen Richtung ausdehnt (siehe einen Strahlengang L3 in 8B).
Insbesondere umfasst das Lichtleiterelement 84c gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein ringförmiges Element mit einer inneren Umfangsfläche, deren Durchmesser in der radialen Richtung kontinuierlich abnimmt, und einer äußeren Umfangsfläche, deren Durchmesser in der radialen Richtung kontinuierlich abnimmt, wenn man sich entlang der optischen Analyseachse Aa der Ablagefläche 51a nähert.
Hier fällt der Durchmesser der Innenumfangsfläche des Lichtleiterelements 84c von der Außenumfangsfläche in Richtung der Ablagefläche 51a entlang der optischen Analyseachse Aa stark ab. Daher nimmt die Dicke des Lichtleiterelements 84c in radialer Richtung hin zur Ablagefläche 51a entlang der optischen Analyseachse Aa allmählich zu.
Dann breitet sich das Beleuchtungslicht, das durch das Lichtleiterelement 84c hindurchgegangen ist, passend zu einem Winkel θI zwischen der Innenumfangsfläche und der Außenumfangsfläche des Lichtleiterelements 84c aus. Es ist möglich, die Ausbreitung des von der Seitenbeleuchtung 84 ausgestrahlten Beleuchtungslichts durch Einstellen der Größe des Winkels θI zu steuern. Insbesondere ist der Winkel θI gemäß der vorliegenden Ausführungsform so aufgebaut, dass ein Bereich, der zumindest die Position des Brennpunkts f der primären elektromagnetischen Welle einschließt, mit dem Beleuchtungslicht bestrahlt wird, das durch das Lichtleiterelement 84c gegangen ist. Das durch das Lichtleiterelement 84c vergrößerte Beleuchtungslicht tritt durch die Streuscheibe 84d und wird auf die Ablagefläche 51a abgestrahlt.
Die Seitenbeleuchtung 84 strahlt das Beleuchtungslicht über einen Strahlengang ab, der im Vergleich zur Koaxialbeleuchtung 79 relativ zur primären elektromagnetischen Welle geneigt ist, die vom Emitter 71 für elektromagnetische Wellen ausgesendet wird. Die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A kann die Koaxialbeleuchtung 79 und die Seitenbeleuchtung 84 getrennt nutzen.
Daher gibt die Steuerung 21 (genauer gesagt eine später beschriebene Beleuchtungssteuerung 27) als Prozessor ein Steuersignal an mindestens entweder die Seitenbeleuchtungseinrichtung 84 oder die Koaxialbeleuchtung 79 ab, um das Beleuchtungslicht von mindestens entweder der Seitenbeleuchtungseinrichtung 84 oder der Koaxialbeleuchtung 79 auszusenden.
Die jeweiligen Blöcke, die die LED-Lichtquelle 84b bilden, können wie vorstehend erläutert einzeln eingeschaltet werden, indem das von der Steuerung 21 erzeugte Steuersignal angepasst wird. Darüber hinaus kann ein Beleuchtungszustand jeder Beleuchtungseinrichtung, wie z.B. eine Lichtmenge der Koaxialbeleuchtung 79 oder der Seitenbeleuchtung 84, durch die Steuerung 21 gesteuert werden.
Die erste Kamera 81 ist, wie in den 7 und 9 dargestellt wird, im Analysegehäuse 70 untergebracht und mit dem oberen Ende der optischen Basis 700 verbunden. Die erste Kamera 81 sammelt das Reflexionslicht, das die Probe SP reflektiert hat, über das reflektierende Objektiv 74. Die erste Kamera 81 nimmt ein Bild der Probe SP auf, indem sie eine Lichtempfangsmenge des gesammelten Reflexionslichts erfasst. Eine optische Achse der ersten Kamera 81 ist koaxial zur primären elektromagnetischen Welle, zur sekundären elektromagnetischen Welle und zum Beleuchtungslicht. Man beachte, dass das von der ersten Kamera 81 gesammelte Reflexionslicht sowohl Reflexionslicht, das durch das von der Seitenbeleuchtung 84 abgestrahlte Beleuchtungslicht verursacht wird, als auch Reflexionslicht umfasst, das durch das von der Koaxialbeleuchtung 79 emittierte Beleuchtungslicht verursacht wird. Das heißt, die erste Kamera 81 als die Kamera wird von der Koaxialbeleuchtung 79 und der Seitenbeleuchtung 84 geteilt.
Genauer gesagt empfängt die erste Kamera 81 als die Kamera das von dem reflektierenden Objektiv 74 als dem Sammelkopf gesammelte Reflexionslicht. Dabei sammelt die erste Kamera 81 das Reflexionslicht über einen gemeinsamen Strahlengang mit der sekundären elektromagnetischen Welle, die vom reflektierenden Objektiv 74 gesammelt wird. In diesem Fall entspricht der gemeinsame Strahlengang einem Strahlengang aus den Strahlengängen des Reflexionslichts, der das reflektierende Objektiv 74 und das spektroskopische Element 75 verbindet. Dieser Strahlengang wird durch das spektroskopische Element 75 gestreut bzw. geteilt.
Das heißt, das spektroskopische Element 75 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die sekundäre elektromagnetische Welle und das Reflexionslicht über den gemeinsamen Strahlengang empfangen und den gemeinsamen Strahlengang aufteilen, um die sekundäre elektromagnetische Welle zum Detektor (ersten Detektor 77A) zu leiten und das Reflexionslicht zur Kamera (ersten Kamera 81) zu leiten. Ein erster Strahlengang entspricht dabei einem Strahlengang, der das spektroskopische Element 75, den ersten Parabolspiegel 76A und den Eintrittsspalt 77a verbindet. Ein zweiter Strahlengang entspricht einem Strahlengang, der das spektroskopische Element 75 und die erste Kamera 81 verbindet.
Auf diese Weise ist ein Abschnitt, der den ersten Strahlenteiler 78A und das reflektierende Objektiv 74 im Strahlengang des Reflexionslichts verbindet, koaxial zum Strahlengang der sekundären elektromagnetischen Welle. Außerdem ist ein Abschnitt, der das Ablenkelement 73 und das reflektierende Objektiv 74 im Strahlengang des Reflexionslichts verbindet, koaxial zum Strahlengang der primären elektromagnetischen Welle. Außerdem ist ein Abschnitt, der den zweiten Strahlenteiler 78B und das reflektierende Objektiv 74 im Strahlengang des Reflexionslichts verbindet, koaxial zum Strahlengang des Beleuchtungslichts.
Die erste Kamera 81 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wandelt fotoelektrisch Licht, das durch das Abbildungsobjektiv 80 einfällt, durch eine Vielzahl von Pixeln um, die auf ihrer lichtempfindlichen Fläche angeordnet sind, und wandelt das Licht in ein elektrisches Signal um, das einem optischen Bild eines Objekts (der Probe SP) entspricht.
Die erste Kamera 81 kann eine Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen aufweisen, die auf der lichtempfindlichen Fläche angeordnet sind. In diesem Fall entspricht jedes der lichtempfindlichen Elemente einem Pixel, so dass ein elektrisches Signal basierend auf der empfangenen Lichtmenge in jedem der lichtempfindlichen Elemente erzeugt werden kann. Insbesondere ist die erste Kamera 81 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung eines Bildsensors mit einem komplementären Metalloxid-Halbleiter (CMOS) aufgebaut, ist aber nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Als erste Kamera 81 kann beispielsweise auch ein Bildsensor mit einem chargecoupled device (CCD) bzw. einer ladungsgekoppelten Vorrichtung verwendet werden.
Dann gibt die erste Kamera 81 ein elektrisches Signal, das durch Erfassen der empfangenen Lichtmenge durch jedes lichtempfindliche Element erzeugt wird, in die Steuerung 21 des Steuerhauptkörpers 2 ein. Die Steuerung 21 erzeugt basierend auf dem eingegebenen elektrischen Signal zum optischen Bild des Objekts passende Bilddaten.
Man bemerke, dass das von der Probe SP zurückkommende Licht einfällt, wobei es auf den ersten Detektor 77A, den zweiten Detektor 77B und die erste Kamera 81 verteilt wird. Daher ist die Lichtempfangsmenge der ersten Kamera 81 kleiner als die einer später beschriebenen zweiten Kamera 93 im optischen Beobachtungssystem 9. Infolgedessen neigen die Bilddaten (zweite Bilddaten 12), die auf dem von der ersten Kamera 81 eingegebenen elektrischen Signal basieren, dazu, eine andere Helligkeit zu haben als die Bilddaten (erste Bilddaten 11), die auf dem von der zweiten Kamera 93 eingegebenen elektrischen Signal basieren. Daher wird in der ersten Kamera 81 durch Anpassen der Belichtungszeit eine ähnliche Helligkeit wie bei den von der zweiten Kamera 93 erzeugten Bilddaten sichergestellt.
Die bisher erläuterten optischen Komponenten sind im Analysegehäuse 70 untergebracht. In einer unteren Fläche des Analysegehäuses 70 ist eine Durchgangsbohrung 70a vorgesehen. Das reflektierende Objektiv 74 liegt über die Durchgangsbohrung 70a der Ablagefläche 51a gegenüber.
Ein in 7 dargestelltes Abschirmelement 83 kann im Analysegehäuse 70 vorgesehen sein. Das Abschirmelement 83 ist zwischen der Durchgangsbohrung 70a und dem reflektierenden Objektiv 74 angeordnet und kann anhand eines elektrischen Signals, das vom Steuerhauptkörper 2 eingegeben wird, in einen Strahlengang des Laserlichts gestellt werden (siehe die gestrichelte Linie in 7). Das Abschirmelement 83 ist so aufgebaut, dass es zumindest das Laserlicht nicht durchlässt.
Die Emission von Laserlicht aus dem Analysegehäuse 70 kann durch Einfügen des Abschirmelements 83 in den Strahlengang eingeschränkt werden. Das Abschirmelement 83 kann zwischen dem Emitter 71 für elektromagnetische Wellen und der Leistungsanpassung 72 angeordnet sein.
Wie in 15 dargestellt wird, definiert das Analysegehäuse 70 auch einen Aufnahmeraum für den Verschiebemechanismus 65 zusätzlich zu einem Aufnahmeraum für das optische Analysesystem 7. In diesem Sinne kann das Analysegehäuse 70 auch als ein Element des Verschiebemechanismus 65 betrachtet werden.
Insbesondere ist das Analysegehäuse 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Kastenform gebildet, bei der eine Abmessung in der Richtung von vorne nach hinten kürzer ist als eine Abmessung in der Richtung von links nach rechts. Dann steht ein linker Seitenabschnitt einer vorderen Fläche 70b des Analysegehäuses 70 vor, um einen Bewegungsspielraum der Führungsschiene 65a in der Richtung von vorne nach hinten sicherzustellen. Im Folgenden wird ein solcher vorstehender Abschnitt als ein „Vorsprung“ bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 70c gekennzeichnet. Der Vorsprung 70c ist an einer unteren Hälfte der vorderen Fläche 70b in der vertikalen Richtung angeordnet (anders gesagt steht nur eine untere Hälfte des linken Seitenabschnitts der vorderen Fläche 70b vor).
- Beziehung zwischen den Strahlengängen -
Das optische Analysesystem 7 bewirkt, dass eine primäre elektromagnetische Welle über die Leistungsanpassung 72, den reflektierenden Bereich 731 des Ablenkelements 73, die Öffnung 11a des Primärspiegels 11 und den durchlässigen Bereich 12a des Sekundärspiegels 12 auf die Probe SP trifft. Wie in 14 dargestellt ist, sind der reflektierende Bereich 731, die Öffnung 11a und der durchlässige Bereich 12a in dieser Reihenfolge entlang der optischen Analyseachse Aa angeordnet. Daher kann der durchlässige Bereich 12a gemäß der vorliegenden Ausführungsform die primäre elektromagnetische Welle entlang der optischen Analyseachse Aa abstrahlen, indem er die primäre elektromagnetische Welle überträgt, die vom Emitter 71 für elektromagnetische Wellen abgestrahlt wurde und durch die Öffnung 11a gegangen ist.
Die entlang der optischen Analyseachse Aa abgestrahlte primäre elektromagnetische Welle wird auf die Probe SP abgestrahlt, um dort gestreut oder absorbiert zu werden. In der Probe SP wird eine sekundäre elektromagnetische Welle durch die Bestrahlung mit der primären elektromagnetischen Welle erzeugt. Die erzeugte sekundäre elektromagnetische Welle kehrt über das reflektierende Objektiv 74 in das optische Analysesystem 7 zurück. Im Allgemeinen umfasst die sekundäre elektromagnetische Welle, die auf diese Weise zurückkehrt, verschiedene Wellenlängen.
Daher bewirkt das optische Analysesystem 7, dass eine sekundäre elektromagnetische Welle auf der ultravioletten Seite über die primäre Reflexionsfläche 11b des Primärspiegels 11, die sekundäre Reflexionsfläche 12b des Sekundärspiegels 12, die Öffnung 11a im Primärspiegels 11, den hohlen Bereich 732 des Ablenkelements 73, das spektroskopische Element 75 und den ersten Parabolspiegel 76A auf den ersten Detektor 77A fällt.
Das optische Analysesystem 7 bewirkt außerdem, dass eine sekundäre elektromagnetische Welle auf der Infrarotseite über die primäre Reflexionsfläche 11b des Primärspiegels 11, die sekundäre Reflexionsfläche 12b des Sekundärspiegels 12, die Öffnung 11a des Primärspiegels 11, den hohlen Bereich 732 des Ablenkelements 73, das spektroskopische Element 75, den ersten Strahlenteiler 78A und den zweiten Parabolspiegel 76B auf den zweiten Detektor 77B fällt.
Auf diese Weise bewirkt das optische Analysesystem 7, dass die sekundäre elektromagnetische Welle auf die Detektoren 77A und 77B fällt, ohne dass eine optische Faser dazwischenkommt. Anders gesagt leitet das optische Analysesystem 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die sekundäre elektromagnetische Welle zu den Detektoren 77A und 77B, ohne sie durch die optische Faser zu schicken. Das optische Analysesystem 7 weist einen sogenannten faserlosen Aufbau hinsichtlich des Strahlengangs der sekundären elektromagnetischen Welle auf.
Außerdem leitet das optische Analysesystem 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die sekundäre elektromagnetische Welle auf der ultravioletten Seite zum ersten Detektor 77A, indem es nur die Reflexion der elektromagnetischen Welle ohne Übertragung durch ein Glasmaterial nutzt. Das optische Analysesystem 7 hat hinsichtlich des Strahlengangs der sekundären elektromagnetischen Welle auf der ultravioletten Seite einen Aufbau eines faserlosen und ausschließlich reflektierenden Systems (ein optisches System, das nur Reflexionen einer elektromagnetischen Welle verwendet).
Das optische Analysesystem 7 bewirkt eine Übertragung nur durch das spektroskopische Element 75, wenn es die sekundäre elektromagnetische Welle auf der Infrarotseite zum zweiten Detektor 77B leitet. Das optische Analysesystem 7 hat einen faserlosen Aufbau, in dem die Absorption einer elektromagnetischen Welle so weit wie möglich unterdrückt wird, was den Strahlengang der sekundären elektromagnetischen Welle auf der Infrarotseite betrifft.
Außerdem schickt das optische Analysesystem 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste elektromagnetische Welle geradeaus, um in dieser Reihenfolge durch den reflektierenden Bereich 731, die Öffnung 11a und den durchlässigen Bereich 12a zu gehen, die auf der optischen Analyseachse Aa angeordnet sind. Andererseits ist die sekundäre Reflexionsfläche 12b näher an der Aufsetzfläche 51a angeordnet als die primäre Reflexionsfläche 11b in der Richtung der optischen Achse des reflektierenden Objektivs 74.
Daher pflanzt sich die in der Probe SP erzeugte sekundäre elektromagnetische Welle einmal in einer Richtung fort, die sich der Ablagefläche 51a nähert, wenn sie sich von der Primärreflexionsfläche 11b zur Sekundärreflexionsfläche 12b fortpflanzt, nachdem sie von der Primärreflexionsfläche 11b reflektiert wurde. Danach kehrt die sekundäre elektromagnetische Welle, die von der sekundären Reflexionsoberfläche 12b reflektiert wird, ihre Ausbreitungsrichtung um und pflanzt sich in einer Richtung weg von der Ablagefläche 51a fort.
Auf diese Weise pflanzt sich die sekundäre elektromagnetische Welle durch eine Vielzahl von Reflexionen fort. Der Strahlengang der sekundären elektromagnetischen Welle hat durch das Ausmaß der Umkehrung, die durch die Vielzahl von Reflexionen verursacht wird, im Vergleich zu einem Fall eine größere Länge, in dem sich eine sekundäre elektromagnetische Welle geradlinig ausbreitet, wie zum Beispiel im Fall der primären elektromagnetischen Welle.
Außerdem wird, wie vorstehend beschrieben ist, in einem Fall, in dem die konkave Meniskuslinse als Sekundärspiegel 12 und die konvexe Linse als tertiäre Linse 13 verwendet wird, oder in einem Fall, in dem die konvexe Linse als Sekundärspiegel 12 verwendet wird, ohne die tertiäre Linse 13 zu nutzen, ultraviolettes Laserlicht, das auf das reflektierende Objekt 74 einfällt, von einer der konvexen Linsen gesammelt und erreicht einen Brennpunkt in einem vorab festgelegten Arbeitsabstand Df. In jedem Aufbau kann das reflektierende Objektiv 74 das ultraviolette Laserlicht kegelförmig streuen, wobei es die Energiedichte des ultravioletten Laserlichts allmählich mit der Entfernung des Arbeitsabstands Df oder mehr verringert.
- Grundprinzip der Analyse durch das optische Analysesystem 7 -
Die Steuerung 21, insbesondere ein später beschriebener Spektrumanalysator 213, führt eine Komponentenanalyse der Probe SP basierend auf den Intensitätsverteilungsspektren durch, die vom ersten Detektor 77A und vom zweiten Detektor 77B als Detektoren eingegeben werden. Als eine spezifische Analysemethode kann die LIBS-Methode wie vorstehend beschrieben genutzt werden. Bei der LIBS-Methode handelt es sich um eine Methode zur Analyse einer in der Probe SP enthaltenen Komponente auf Elementebene (eine sogenannte Elementaranalysemethode).
Im Allgemeinen wird bei der Einwirkung hoher Energie auf eine Substanz ein Elektron von einem Atomkern getrennt, so dass die Substanz in einen Plasmazustand überführt wird. Das vom Atomkern abgetrennte Elektron geht vorübergehend in einen energiereichen und instabilen Zustand über, verliert aber Energie in diesem Zustand und wird wieder vom Atomkern eingefangen, um in einen energiereduzierten und stabilen Zustand überzugehen (anders gesagt kehrt es vom Plasmazustand in einen Nicht-Plasmazustand zurück).
In diesem Fall wird die vom Elektron verlorene Energie vom Elektron als elektromagnetische Welle abgestrahlt, aber die Größe der Energie der elektromagnetischen Welle ist durch ein Energieniveau definiert, das auf einem für jedes Element einzigartigen Schalenaufbau beruht. Das heißt, die Energie der elektromagnetischen Welle, die abgestrahlt wird, wenn das Elektron aus dem Plasma in den Nicht-Plasma-Zustand zurückkehrt, hat für jedes Element einen einzigartigen Wert (genauer gesagt, eine Bahn des an den Atomkern gebundenen Elektrons). Die Energiemenge einer elektromagnetischen Welle wird durch die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle definiert. Daher können die in der Substanz enthaltenen Komponenten auf der Elementebene analysiert werden, indem eine Wellenlängenverteilung der vom Elektron abgestrahlten elektromagnetischen Welle analysiert wird, d. h. eine Wellenlängenverteilung des von der Substanz zum Zeitpunkt des Plasmazustands emittierten Lichts. Eine derartige Technik wird allgemein als Atomemissionsspektroskopieverfahren (AES) bezeichnet.
Das LIBS-Verfahren ist eine Analysemethode, die zum AES-Verfahren gehört. Genauer gesagt wird beim LIBS-Verfahren die Substanz (Probe SP) mit einem Laser (einer primären elektromagnetische Welle) bestrahlt, um der Substanz Energie zuzuführen. In diesem Fall wird eine mit dem Laser bestrahlte Stelle lokal in Plasma umgewandelt, so dass die Analyse der Bestandteile der Substanz durch Analyse des Intensitätsverteilungsspektrums des Lichts (der sekundären elektromagnetischen Welle) durchgeführt werden kann, das (die) bei der Umwandlung in das bzw. aus dem Plasma abgestrahlt wird.
Das bedeutet, dass die Wellenlänge jedes Plasmalichts (sekundäre elektromagnetische Welle) wie vorstehend beschrieben den eindeutigen Wert für jedes Element aufweist, und somit wird ein Element, das einem Peak entspricht, zu einer Komponente der Probe SP, wenn das Intensitätsverteilungsspektrum den Peak bei einer bestimmten Wellenlänge bildet. Wenn das Intensitätsverteilungsspektrum eine Vielzahl von Peaks enthält, kann ein Komponentenverhältnis jedes Elements durch Vergleich der Intensität (empfangenen Lichtmenge) jedes Peaks berechnet werden.
Bei der LIBS-Methode ist das Erzeugen eines Vakuums nicht erforderlich, und die Komponentenanalyse kann im zur Atmosphäre offenen Zustand durchgeführt werden. Obwohl die Probe SP zerstörend geprüft wird, ist es außerdem nicht nötig, eine Behandlung wie das Auflösen der gesamten Probe SP durchzuführen, so dass die Positionsinformation der Probe SP erhalten bleibt (die Prüfung ist nur lokal zerstörend).
- Optisches Beobachtungssystem 9 -
Das optische Beobachtungssystem 9 ist ein Satz von Komponenten, die dazu aufgebaut sind, die Probe SP als Beobachtungsziel zu beobachten, und die jeweiligen Komponenten sind im Beobachtungsgehäuse 90 untergebracht. Zu den Komponenten, die das optische Beobachtungssystem 9 bilden, gehören das Objektiv 92 und die zweite Kamera 93, die eine zweite Kamera ist. Zumindest diese Komponenten sind in dem Beobachtungsgehäuse 90 untergebracht. Zu den Elementen, die zur Beobachtung der Probe SP aufgebaut sind, gehört auch die Steuerung 21 als Prozessor.
Das optische Beobachtungssystem 9 umfasst eine Beobachtungseinheit 9a mit dem Objektiv 92. Wie in 3 und dergleichen dargestellt wird, entspricht die Beobachtungseinheit 9a einem Zylinderlinsentubus, der an der unteren Endseite des Beobachtungsgehäuses 90 angeordnet ist. Die Beobachtungseinheit 9a wird vom Analysegehäuse 70 gehalten. Die Beobachtungseinheit 9a kann einzeln vom Beobachtungsgehäuse 90 abgenommen werden.
Ein Kommunikationskabel C2, das dazu aufgebaut ist, ein elektrisches Signal an den Steuerhauptkörper 2 zu senden und von ihm zu empfangen, und ein Glasfaserkabel C3, das dazu aufgebaut ist, Beleuchtungslicht von außen einzuführen, sind mit dem Beobachtungsgehäuse 90 verbunden. Man bemerke, dass das Kommunikationskabel C2 nicht zwingend nötig ist, und dass das optische Beobachtungssystem 9 und der Steuerhauptkörper 2 durch drahtlose Kommunikation verbunden sein können.
Im Einzelnen umfasst das optische Beobachtungssystem 9, wie in 6 dargestellt ist, eine Spiegelgruppe 91, das Objektiv 92, die zweite Kamera 93, die die zweite Kamera ist, eine zweite Koaxialbeleuchtung 94 und eine zweite Seitenbeleuchtung 95.
Das Objektiv 92 hat die optische Beobachtungsachse Ao, die sich entlang der im Wesentlichen senkrechten Richtung erstreckt, sammelt Beleuchtungslicht, das auf die Probe SP abgestrahlt wird, die auf dem Verschiebetisch-Hauptkörper 51 angeordnet ist, und sammelt Licht (Reflexionslicht) von der Probe SP. Die optische Beobachtungsachse Ao ist so vorgesehen, dass sie parallel zur optischen Analyseachse Aa des reflektierenden Objektivs 74 des optischen Analysesystems 7 verläuft. Das vom Objektiv 92 gesammelte Reflexionslicht wird von der zweiten Kamera 93 aufgenommen.
Die Spiegelgruppe 91 überträgt das vom Objektiv 92 gesammelte Reflexionslicht, um es zur zweiten Kamera 93 zu leiten. Die Spiegelgruppe 91 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann unter Verwendung eines Totalreflexionsspiegels, eines Strahlenteilers und dergleichen aufgebaut sein, wie es in 6 dargestellt ist. Die Spiegelgruppe 91 reflektiert auch das von der zweiten Koaxialbeleuchtung 94 emittierte Beleuchtungslicht, um es zum Objektiv 92 zu leiten.
Die zweite Kamera 93 sammelt das vom Objektiv 92 gesammelte Reflexionslicht und erfasst eine empfangene Lichtmenge des Reflexionslichts, um ein Bild der Probe SP aufzunehmen. Insbesondere wandelt die zweite Kamera 93 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das von der Probe SP durch das Objektiv 92 einfallende Licht fotoelektrisch durch eine Vielzahl von Pixeln um, die auf einer Lichtempfangsfläche derselben angeordnet sind, und wandelt das Licht in ein elektrisches Signal um, das einem optischen Bild des Objekts (der Probe SP) entspricht.
Die zweite Kamera 93 kann eine Vielzahl von lichtempfindlichen Element en aufweisen, die entlang der Lichtempfangsfläche angeordnet sind. In diesem Fall entspricht jedes der lichtempfindlichen Elemente einem Pixel, so dass ein elektrisches Signal basierend auf der empfangenen Lichtmenge in jedem der lichtempfindlichen Elemente erzeugt werden kann. Die zweite Kamera 93 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ähnlich wie die erste Kamera 81 einen Bildsensor mit einem CMOS, es kann aber auch ein Bildsensor mit einem CCD verwendet werden.
Weiterhin gibt die zweite Kamera 93 ein elektrisches Signal, das durch Erfassen der empfangenen Lichtmenge durch jedes lichtempfindliche Element erzeugt wird, an die Steuerung 21 des Steuerhauptkörpers 2 weiter. Die Steuerung 21 erzeugt basierend auf dem eingegebenen elektrischen Signal Bilddaten, die zum optischen Bild des Objekts passen.
Die zweite Koaxial-Beleuchtungseinrichtung 94 emittiert das im Glasfaserkabel C3 geführte Beleuchtungslicht. Die zweite Koaxialbeleuchtung 94 strahlt das Beleuchtungslicht über einen Strahlengang aus, den es mit dem durch das Objektiv 92 gesammelten Reflexionslicht teilt. Das heißt, die zweite Koaxialbeleuchtung 94 funktioniert als „koaxiale Epi-Beleuchtungseinrichtung“ koaxial zur optischen Beobachtungsachse Ao des Objektivs 92. Man bemerke, dass in der Beobachtungseinheit 9a eine Lichtquelle eingebaut sein kann, anstatt das Beleuchtungslicht von außen durch das Glasfaserkabel C3 zu leiten. In diesem Fall ist das Glasfaserkabel C3 überflüssig.
Wie in 6 schematisch dargestellt wird, ist die zweite Seitenbeleuchtung 95 durch einen Beleuchtungsring aufgebaut, der so angeordnet ist, dass er das Objektiv 92 umgibt. Die zweite Seitenbeleuchtung 95 strahlt ähnlich wie die Seitenbeleuchtung 84 im optischen Analysesystem 7 Beleuchtungslicht von schräg oben auf die Probe SP ab. Eine Mittelachse eines Rings, den die zweite Seitenbeleuchtung 95 bildet, fällt mit der optischen Beobachtungsachse Ao zusammen, obwohl sie nicht im Einzelnen dargestellt ist. Außerdem ist die zweite Seitenbeleuchtung 95 in Umfangsrichtung in mehrere Blöcke unterteilt, und die jeweiligen Blöcke können ähnlich wie bei der Seitenbeleuchtung 84 einzeln eingeschaltet werden.
In dem in 10 dargestellten Beispiel ist die zweite Seitenbeleuchtung 95 in vier Blöcke unterteilt, die an der 0-Uhr-Position, der 3-Uhr-Position, der 6-Uhr-Position und der 9-Uhr-Position angeordnet sind, wenn die Umfangsrichtung als Zifferblatt betrachtet wird, und kann ähnlich der Seitenbeleuchtung 84 des optischen Analysesystems 7 Beleuchtungslicht von einem Block, der sich in der 3-Uhr-Richtung befindet, oder Beleuchtungslicht von einer Vielzahl von Blöcken, wie der 6-Uhr-Richtung und der 9-Uhr-Richtung, emittieren.
Die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A kann die zweite Koaxialbeleuchtung 94 und die zweite Seitenbeleuchtung 95 separat verwenden. Daher gibt die Steuereinheit 21 (insbesondere die später beschriebene Beleuchtungssteuerung 216) als Prozessor ein Steuersignal an die zweite Seitenbeleuchtung 95 und/oder die zweite Koaxialbeleuchtung 94 ab, um das Beleuchtungslicht von der zweiten Seitenbeleuchtung 95 und/oder der zweiten Koaxialbeleuchtung 94 zu emittieren.
Die jeweiligen Blöcke, aus denen die zweite Seitenbeleuchtung 95 besteht, können wie vorstehend beschrieben einzeln eingeschaltet werden, indem das von der Steuerung 21 erzeugte Steuersignal angepasst wird. Außerdem kann ein Beleuchtungszustand jedes Beleuchtungselements, wie z.B. eine Lichtmenge der zweiten Koaxialbeleuchtung 94 oder der zweiten Seitenbeleuchtung 95, durch die Steuerung 21 gesteuert werden.
- Gehäuseverbindung 64 -
Die Gehäuseverbindung 64 ist ein Element, das zur Verbindung des Beobachtungsgehäuses 90 mit dem Analysegehäuse 70 vorgesehen ist. Die Gehäuseverbindung 64 koppelt die beiden Gehäuse 70 und 90 so, dass sich das optische Analysesystem 7 und das optische Beobachtungssystem 9 gemeinsam bewegen.
Die Gehäuseverbindung 64 kann sowohl im als auch außerhalb des Analysegehäuses 70, d.h. an der Innen- oder Außenseite des Analysegehäuses 70, oder am Stand 42 befestigt werden. Insbesondere ist die Gehäuseverbindung 64 in der vorliegenden Ausführungsform an einer Außenfläche des Analysegehäuses 70 angebracht.
Insbesondere ist die Gehäuseverbindung 64 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dazu aufgebaut, am Vorsprung 70c des Analysegehäuses 70 befestigt zu sein, und hält die Beobachtungseinheit 9a auf der rechten Seite des Vorsprungs 70c.
Außerdem ragt eine vordere Fläche des Vorsprungs 70c von einem vorderen Abschnitt der Gehäuseverbindung 64 und des Beobachtungsgehäuses 90 in einem Zustand vor, in dem das Beobachtungsgehäuse 90 durch die Gehäuseverbindung 64 mit dem Analysegehäuse 70 verbunden ist, wie in 3 dargestellt. Auf diese Weise sind das Beobachtungsgehäuse 90 und zumindest ein Teil des Analysegehäuses 70 (in der vorliegenden Ausführungsform der Vorsprung 70c) so angeordnet, dass sie sich in dem Zustand, in dem die Gehäuseverbindung 64 das Beobachtungsgehäuse 90 in der vorliegenden Ausführungsform hält, von der Seite gesehen (beim Blick aus einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des optischen Beobachtungssystems 9 und des optischen Analysesystems 7 durch den Verschiebemechanismus 65) gegenseitig überlappen.
Die Gehäuseverbindung 64 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die relative Position der optischen Analyseachse Aa zur optischen Beobachtungsachse Ao fixieren, indem sie das Beobachtungsgehäuse 90 am Analysegehäuse 70 fixiert.
Insbesondere hält die Gehäuseverbindung 64, wie in 15 dargestellt wird, das Beobachtungsgehäuse 90 so, dass die optische Beobachtungsachse Ao und die optische Analyseachse Aa nebeneinander in der Richtung (in der vorliegenden Ausführungsform der Richtung von vorn nach hinten) angeordnet sind, in der sich das optische Beobachtungssystem 9 und das optische Analysesystem 7 durch den Verschiebemechanismus 65 relativ zum Aufnahmetisch 5 bewegen. Insbesondere ist die optische Beobachtungsachse Ao verglichen mit der optischen Analyseachse Aa bei der vorliegenden Ausführungsform weiter vorn angeordnet.
Wie in 15 dargestellt ist, sind die optische Beobachtungsachse Ao und die optische Analyseachse Aa so angeordnet, dass die Positionen in einer nichtbewegbaren Richtung (in der vorliegenden Ausführungsform die Richtung von links nach rechts) übereinstimmen, die eine Richtung ist, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt und orthogonal zur Bewegungsrichtung (in der vorliegenden Ausführungsform die Richtung von vorn nach hinten) ist, wenn der Gehäuseverbindung 64 das Beobachtungsgehäuse 90 hält.
- Verschiebemechanismus 65 -
15 ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung des Aufbaus des Verschiebemechanismus 65. Außerdem sind die 16A und 16B Ansichten zur Erläuterung der horizontalen Bewegung des Kopfes 6.
Der Verschiebemechanismus 65 ist dazu aufgebaut, die relativen Positionen des optischen Beobachtungssystems 9 und des optischen Analysesystems 7 in Bezug auf den Verschiebetisch-Hauptkörper 51 entlang der horizontalen Richtung so zu bewegen, dass die Erfassung der Probe SP durch das optische Beobachtungssystem 9 und die Einstrahlung der elektromagnetischen Welle (des Laserlichts) (anders gesagt, die Einstrahlung der elektromagnetischen Welle durch den Emitter 71 für elektromagnetische Wellen des optischen Analysesystems 7) im Falle der Erzeugung des Intensitätsverteilungsspektrums durch das optische Analysesystem 7 an dem identischen Punkt in der Probe SP wie das Beobachtungsziel durchgeführt werden kann.
Die Bewegungsrichtung der relativen Position durch den Verschiebemechanismus 65 kann eine Richtung sein, in der die optische Beobachtungsachse Ao und die optische Analyseachse Aa angeordnet sind. Wie in 15 dargestellt ist, bewegt der Verschiebemechanismus 65 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die relativen Positionen des optischen Beobachtungssystems 9 und des optischen Analysesystems 7 relativ zum Verschiebetisch-Hauptkörper 51 in der Richtung von vorn nach hinten.
Der Verschiebemechanismus 65 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verschiebt das Analysegehäuse 70 relativ zum Stand 42 und zum Kopfbefestigungselement 61. Da das Analysegehäuse 70 und die Beobachtungseinheit 9a durch die Gehäuseverbindung 64 verbunden sind, wird die Beobachtungseinheit 9a durch die Verschiebung des Analysegehäuses 70 ebenfalls mit verschoben.
Insbesondere umfasst der Verschiebemechanismus 65 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Führungsschiene 65a und ein Stellglied 65b, und die Führungsschiene 65a ist so gestaltet, dass sie von einer vorderen Oberfläche des Kopfbefestigungselements 61 nach vorn vorsteht.
Insbesondere ist ein proximales Ende der Führungsschiene 65a am Kopfbefestigungselement 61 befestigt. Andererseits wird ein distaler Seitenabschnitt der Führungsschiene 65a in einen Aufnahmeraum eingeführt, der im Analysegehäuse 70 definiert ist, und ist am Analysegehäuse 70 in einem einschieb- und herausziehbaren Zustand befestigt. Eine Einschub- und Herausziehrichtung des Analysegehäuses 70 relativ zur Führungsschiene 65a entspricht einer Richtung (in der vorliegenden Ausführungsform der Richtung von vorn nach hinten), in der das Kopfbefestigungselement 61 und das Analysegehäuse 70 voneinander entfernt oder nahe zueinander gebracht werden.
Das Stellglied 65b kann beispielsweise mit einem Linearmotor oder einem Schrittmotor aufgebaut sein, der auf der Grundlage eines elektrischen Signals von der Steuerung 21 arbeitet. Es ist möglich, das Analysegehäuse 70 und somit das optische Beobachtungssystem 9 und das optische Analysesystem 7 relativ zum Stand 42 und zum Kopfbefestigungselement 61 durch den Antrieb des Stellglieds 65b zu verschieben. Wird der Schrittmotor als Stellglied 65b verwendet, ist außerdem ein Bewegungswandlungsmechanismus vorgesehen, der eine Drehbewegung einer Ausgangswelle des Schrittmotors in eine Linearbewegung in der Richtung von vorn nach hinten umwandelt.
Der Verschiebemechanismus 65 umfasst außerdem einen Bewegungsbetragssensor Sw2, der dazu aufgebaut ist, jeden Bewegungsbetrag des optischen Beobachtungssystems 9 und des optischen Analysesystems 7 zu erfassen. Der Bewegungsbetragssensor Sw2 kann beispielsweise unter Verwendung eines linearen Maßstabs (linearer Encoder), eines Photo-Interrupters oder dergleichen aufgebaut werden.
Der Bewegungsbetragssensor Sw2 erfasst einen relativen Abstand zwischen dem Analysegehäuse 70 und dem Kopfbefestigungselement 61 und gibt ein elektrisches Signal, das dem relativen Abstand entspricht, an den Steuerhauptkörper 2 aus. Der Steuerhauptkörper 2 berechnet den Betrag der Änderung des relativen Abstands, der vom Bewegungsbetragssensor Sw2 eingegeben wird, um jeden Verschiebungsbetrag des optischen Beobachtungssystems 9 und des optischen Analysesystems 7 zu bestimmen.
Wenn der Verschiebemechanismus 65 betätigt wird, gleitet der Kopf 6 in der horizontalen Richtung, und die relativen Positionen des optischen Beobachtungssystems 9 und des optischen Analysesystems 7 bewegen sich relativ zum Verschiebetisch 5 (horizontal), wie in den 16A und 16B dargestellt. Diese horizontale Bewegung bewirkt, dass der Kopf 6 zwischen einem ersten Modus, in dem das reflektierende Objektiv 74 zur Probe SP zeigt, und einem zweiten Modus umschaltet, in dem das Objektiv 92 zur Probe SP zeigt. Der Verschiebemechanismus 65 kann das Analysegehäuse 70 und das Beobachtungsgehäuse 90 zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus verschieben.
Wie in den 16A und 16B dargestellt ist, befindet sich der Kopf 6 im ersten Modus vergleichsweise in einem vorgeschobenen Zustand, und im zweiten Modus befindet sich der Kopf 6 vergleichsweise in einem zurückgezogenen Zustand. Der erste Modus ist ein Betriebsmodus zur Durchführung einer Komponentenanalyse der Probe SP durch das optische Analysesystem 7, und der zweite Modus ist ein Betriebsmodus zur Durchführung einer vergrößerten Betrachtung der Probe SP durch das optische Beobachtungssystem 9.
Insbesondere ist die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A gemäß der vorliegenden Ausführungsform so aufgebaut, dass ein Punkt, auf den das reflektierende Objektiv 74 im ersten Modus gerichtet ist, und ein Punkt, auf den das Objektiv 92 im zweiten Modus gerichtet ist, derselbe Punkt sind. Insbesondere ist die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A so aufgebaut, dass ein Punkt, an dem die optische Analyseachse Aa die Probe SP im ersten Modus schneidet, und ein Punkt, an dem die optische Beobachtungsachse Ao die Probe SP im zweiten Modus schneidet, derselbe sind (siehe 16B).
Um einen solchen Aufbau zu realisieren, wird ein Bewegungsbetrag D2 des Kopfs 6, wenn der Verschiebemechanismus 65 betätigt wird, so eingestellt, dass er gleich einem Abstand D1 zwischen der optischen Beobachtungsachse Ao und der optischen Analyseachse Aa ist (siehe 15). Darüber hinaus ist die Richtung der Anordnung der optischen Beobachtungsachse Ao und der optischen Analyseachse Aa so eingestellt, dass sie wie in 15 dargestellt parallel zu einer Bewegungsrichtung des Kopfes 6 ist.
Außerdem wird ein Abstand zwischen der Probe SP und einer Mitte (genauer gesagt, einer Stelle, an der die optische Analyseachse Aa das reflektierende Objektiv 74 schneidet) des reflektierenden Objektivs 74 in der ersten Betriebsart (im ersten Zustand) so eingestellt, dass er zu einem Abstand zwischen der Probe SP und einer Mitte (genauer gesagt, einer Stelle, an der sich die optische Beobachtungsachse Ao und das Objektiv 92 schneiden) des Objektivs 92 in der zweiten Betriebsart (im zweiten Zustand) passt, indem in der vorliegenden Ausführungsform die Abmessung der Gehäuseverbindung 64 in der im Wesentlichen vertikalen Richtung eingestellt wird. Diese Einstellung kann auch durch Scharfstellen bzw. Fokussieren mittels Autofokus erfolgen. Mit dieser Einstellung kann die Fokusposition zwischen dem ersten Modus während der Analyse der Probe SP und dem zweiten Modus während der Beobachtung der Probe SP konsistent eingestellt sein. Da die Fokusposition in beiden Modi konsistent eingestellt ist, kann ein fokussierter Zustand vor und nach dem Moduswechsel beibehalten werden.
Man bemerke, dass eine Abmessung der Gehäuseverbindung 64 angepasst werden kann, um eine Konstruktion zu erhalten, bei der die Fokuspositionen zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus ungefähr übereinstimmen, und dass die Fokuspositionen durch Autofokus zum Zeitpunkt der Modusumschaltung genauer eingestellt werden können. Auf diese Weise werden die Fokuspositionen so ausgelegt, dass sie vorab annähernd übereinstimmen, und somit kann die für den Autofokus erforderliche Zeit verkürzt werden.
Typischerweise ist die WD bzw. der Arbeitsabstand des reflektierenden Objektivs 74 kürzer als die eines allgemeinen Objektivs wie des Objektivs 92. Daher ist die WD des reflektierenden Objektivs 74 dazu aufgebaut, länger als üblich zu sein, indem ein Linsendurchmesser des reflektierenden Objektivs 74 so eingestellt ist, dass er in der vorliegenden Ausführungsform größer als der des Objektivs 92 ist.
Mit dem vorstehend erläuterten Aufbau können die Bilderzeugung für die Probe SP durch das optische Beobachtungssystem 9 und die Erzeugung des Intensitätsverteilungsspektrums durch das optische Analysesystem 7 (insbesondere die Abstrahlung der primären elektromagnetischen Welle durch das optische Analysesystem 7, wenn das Intensitätsverteilungsspektrum durch das optische Analysesystem 7 erzeugt wird) an demselben Punkt in der Probe SP aus derselben Richtung zu Zeitpunkten vor und nach der Durchführung des Umschaltens zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus ausgeführt werden.
Außerdem ist das Abdeckungselement 61b im Kopfbefestigungselement 61 so angeordnet, dass es das reflektierende Objektiv 74, welches das optische Analysesystem 7 bildet, im ersten Modus abdeckt (Abschirmzustand), in dem der Kopf 6 relativ weit zurückgezogen ist, und so angeordnet ist, dass es im zweiten Modus, in dem der Kopf 6 relativ weit vorgeschoben ist, wie in 16B dargestellt wird, vom reflektierenden Objektiv 74 getrennt ist (nicht abschirmender Zustand).
Im vorgenannten Abschirmzustand kann das Laserlicht durch das Abdeckelement 61b abgeschirmt werden, selbst wenn das Laserlicht unbeabsichtigt abgestrahlt wird. Dadurch kann die Sicherheit der Vorrichtung verbessert werden.
(Einzelheiten des Kippmechanismus 45)
Die 17A und 17B sind Ansichten zur Erläuterung eines Betriebs des Kippmechanismus 45. Nachfolgend wird der Kippmechanismus 45, wie z.B. die Beziehung zur Gehäuseverbindung 64, anhand der 17A und 17B näher beschrieben.
Der Kippmechanismus 45 ist ein Mechanismus, der das vorstehend erläuterte Wellenelement 44 und dergleichen umfasst und entweder nur das optische Beobachtungssystem 9 oder sowohl das optische Analysesystem 7 als auch das optische Beobachtungssystem 9 relativ zur Bezugsachse As senkrecht zur Ablagefläche 51a kippen kann.
Wie vorstehend erläutert wird, koppelt die Gehäuseverbindung 64 das Analysegehäuse 70 und das Beobachtungsgehäuse 90 einstückig so, dass die Position der optischen Beobachtungsachse Ao relativ zur optischen Analyseachse Aa in der vorliegenden Ausführungsform beibehalten wird. Daher wird das optische Analysesystem 7 mit der optischen Analyseachse Aa integral mit dem optischen Beobachtungssystem 9 gekippt, wenn das optische Beobachtungssystem 9 mit der optischen Beobachtungsachse Ao gekippt wird, wie in den 17A und 17B dargestellt.
Auf diese Weise kippt der Kippmechanismus 45 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das optische Analysesystem 7 und das optische Beobachtungssystem 9 gemeinsam, während die relative Position der optischen Beobachtungsachse Ao zur optischen Analyseachse Aa beibehalten wird.
Darüber hinaus sind ein Betrieb des Verschiebemechanismus 65 und der Betrieb des Kippmechanismus 45 voneinander unabhängig, und eine Kombination beider Vorgänge ist möglich. Daher kann der Verschiebemechanismus 65 die relativen Positionen des optischen Beobachtungssystems 9 und des optischen Analysesystems 7 in einem Zustand bewegen, in dem zumindest das optische Beobachtungssystem 9 durch den Kippmechanismus 45 in einer gekippten Stellung gehalten wird. Das heißt, die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann den Kopf 6 in einem Zustand hin- und herschieben, in dem das optische Beobachtungssystem 9 gekippt ist, wie durch den Zweirichtungspfeil A1 in 17B gezeigt.
Insbesondere bewegt der Verschiebemechanismus 65 die relativen Positionen des optischen Beobachtungssystems 9 und des optischen Analysesystems 7, während der Zustand beibehalten wird, in dem sowohl das optische Beobachtungssystem 9 als auch das optische Analysesystem 7 durch den Kippmechanismus 45 gekippt sind, weil das optische Analysesystem 7 und das optische Beobachtungssystem 9 in der vorliegenden Ausführungsform so aufgebaut sind, dass sie gemeinsam kippbar sind.
Außerdem ist die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A dazu aufgebaut, eine euzentrische Beobachtung durchzuführen. Das heißt, in der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A ist ein vorrichtungsfestes dreidimensionales Koordinatensystem definiert, das durch drei Achsen parallel zur X-Richtung, zur Y-Richtung und zur Z-Richtung gebildet wird. Eine Speichervorrichtung 21b der Steuerung 21 speichert außerdem eine Koordinate einer später beschriebenen Schnittpunktposition im dreidimensionalen Koordinatensystem der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A. Die Koordinateninformation der Schnittpunktposition kann in der Speichervorrichtung 21b im Voraus zum Zeitpunkt des Versands der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A aus der Fabrik gespeichert werden. Außerdem können die Koordinateninformationen der Schnittpunktposition, die in der Speichervorrichtung 21b gespeichert sind, durch einen Nutzer der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A aktualisierbar sein.
Wie in den 17A und 17B dargestellt, ist die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A unter der Annahme, dass ein Winkel der optischen Analyseachse Aa relativ zur Bezugsachse As als „Kippung θ“ bezeichnet wird, dazu aufgebaut, die Emission von Laserlicht beispielsweise in einem Fall zuzulassen, in dem die Neigung θ kleiner als ein vorbestimmter erster Schwellenwert θmax ist. Dem Kippmechanismus 45 kann eine harte Beschränkung auferlegt werden, um die Kippung θ kleiner als den ersten Schwellenwert θmax zu halten. Beispielsweise kann der Kippmechanismus 45 mit einem (nicht gezeigten) Bremsmechanismus versehen sein, um einen Betriebsbereich des Kippmechanismus 45 physisch zu begrenzen.
Die optische Beobachtungsachse Ao, die die optische Achse des Objektivs 92 ist, schneidet die Mittelachse Ac. Wenn das Objektiv 92 um die Mittelachse Ac schwenkt, ändert sich ein Winkel (Kippung θ) der optischen Beobachtungsachse Ao relativ zur Bezugsachse As, während eine Schnittpunktposition zwischen der optischen Beobachtungsachse Ao und der Mittelachse Ac konstant gehalten wird. Auf diese Weise wird eine euzentrische Beziehung aufrechterhalten, in der sich ein Gesichtsfeldzentrum der zweiten Kamera 93 nicht von demselben Beobachtungszielabschnitt wegbewegt, wenn der Benutzer das Objektiv 92 durch den Kippmechanismus 45 um die Mittelachse Ac schwenkt, selbst wenn das Objektiv 92 gekippt ist, beispielsweise in einem Fall, in dem sich ein Beobachtungszielabschnitt der Probe SP an der vorstehend erläuterten Position des Schnittpunkts befindet. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass der Beobachtungszielabschnitt der Probe SP vom Gesichtsfeld der zweiten Kamera 93 (Gesichtsfeld des Objektivs 92) abweicht.
Insbesondere sind das optische Analysesystem 7 und das optische Beobachtungssystem 9 in der vorliegenden Ausführungsform dazu aufgebaut, integral gekippt zu werden, und daher schneidet die optische Analyseachse Aa, die die optische Achse des reflektierenden Objektivs 74 ist, die Mittelachse Ac, ähnlich wie die optische Beobachtungsachse Ao. Wenn das reflektierende Objektiv 74 um die Mittelachse Ac schwenkt, ändert sich ein Winkel (Kippung θ) der optischen Analyseachse Aa relativ zur Bezugsachse As, während eine Schnittpunktposition zwischen der optischen Analyseachse Aa und der Mittelachse Ac konstant gehalten wird.
Außerdem kann der Kippmechanismus 45 den Stand 42 relativ zur Bezugsachse As wie vorstehend beschrieben um etwa 90° nach rechts oder um etwa 60° nach links kippen. In dem Fall, in dem das optische Analysesystem 7 und das optische Beobachtungssystem 9 so aufgebaut sind, dass sie gemeinsam gekippt werden, besteht jedoch die Möglichkeit, dass das vom optischen Analysesystem 7 emittierte Laserlicht in Richtung des Benutzers abgestrahlt wird, wenn der Stand 42 übermäßig gekippt wird.
Unter der Annahme, dass die Kippung der optischen Beobachtungsachse Ao und der optischen Analyseachse Aa relativ zur Bezugsachse As gleich θ ist, ist es daher wünschenswert, dass die Kippung θ in einen Bereich fällt, der zumindest in einer Situation, in der Laserlicht emittiert werden kann, einen vorgegebenen Sicherheitsstandard erfüllt. Insbesondere kann die Kippung θ gemäß der vorliegenden Ausführungsform innerhalb eines Bereichs unterhalb des vorab festgelegten ersten Schwellenwerts θmax eingestellt werden, wie vorstehend erläutert.
<Einzelheiten des Steuerhauptkörpers 2>
18 ist ein Blockschaubild, das den Aufbau des Steuerhauptkörpers 2 zeigt. Außerdem ist 19 ein Blockschaubild, das den Aufbau der Steuerung 21 veranschaulicht. Obwohl der Steuerhauptkörper 2 und die optische Systembaugruppe 1 in der vorliegenden Ausführungsform getrennt aufgebaut sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt. Zumindest ein Teil des Steuerhauptkörpers 2 kann in der optischen Systembaugruppe 1 vorgesehen sein.
Wie vorstehend erläutert wird, umfasst der Steuerhauptkörper 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Steuerung 21, die verschiedene Abläufe durchführt, und die Anzeige 22, die Informationen hinsichtlich der von der Steuerung 21 durchgeführten Abläufe anzeigt. Die Steuerung 21 umfasst unter anderem: eine Verarbeitungsvorrichtung 21a, die eine CPU, eine System-LSI, einen DSP und dergleichen umfasst; die Speichervorrichtung 21b, die einen flüchtigen Speicher, einen nichtflüchtigen Speicher und dergleichen umfasst; und einen Eingabe-/Ausgabebus 21c.
Die Steuerung 21 ist so aufgebaut, dass sie in der Lage ist, sowohl die Erzeugung von Bilddaten der Probe SP auf der Grundlage der empfangenen Lichtmenge des Lichts von der Probe SP als auch die Analyse einer in der Probe SP enthaltenen Substanz basierend auf einem Intensitätsverteilungsspektrum durchzuführen.
Im Einzelnen ist die Steuerung 21, wie in 18 veranschaulicht ist, elektrisch verbunden mit zumindest der Maus 31, der Konsole 32, der Tastatur 33, dem Kopfantrieb 47, dem Verschiebetisch-Antrieb 53, dem Emitter 71 für elektromagnetische Wellen, der Leistungsanpassung 72, der LED-Lichtquelle 79a, der ersten Kamera 81, dem Abschirmteil 83, der LED-Lichtquelle 84b, der zweiten Kamera 93, der zweiten Koaxialbeleuchtung 94, der zweiten Seitenbeleuchtung 95, dem Stellglied 65b, dem Objektivsensor Sw1, dem Bewegungsgrößensensor Sw2, dem ersten Kippsensor Sw3 und dem zweiten Kippsensor Sw4.
Die Steuerung 21 steuert elektrisch den Kopfantrieb 47, den Antrieb 53 des Verschiebetisches, den Emitter 71 für elektromagnetische Wellen, die Leistungsanpassung 72, die LED-Lichtquelle 79a, die erste Kamera 81, das Abschirmelement 83, die LED-Lichtquelle 84b, die zweite Kamera 93, die zweite Koaxialbeleuchtung 94, die zweite Seitenbeleuchtung 95 und das Stellglied 65b.
Außerdem werden Ausgangssignale der ersten Kamera 81, der zweiten Kamera 93, des Objektivsensors Sw1, des Bewegungsgrößensensors Sw2, des ersten Kippsensors Sw3 und des zweiten Kippsensors Sw4 in die Steuerung 21 eingegeben. Die Steuerung 21 führt eine Berechnung oder dergleichen basierend auf dem Ein-/Ausgangssignal aus und führt eine Verarbeitung basierend auf einem Ergebnis der Berechnung aus.
Zum Beispiel berechnet die Steuerung 21 die Kippung θ des optischen Analysesystems 7 relativ zur Bezugsachse As senkrecht zur Ablagefläche 51a basierend auf einem Erfassungssignal des ersten Kippsensors Sw3 und einem Erfassungssignal des zweiten Kippsensors Sw4. Wenn die Kippung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, informiert die Steuerung 21 den Benutzer mit einer Warnung oder dgl.
Außerdem kann die Steuerung 21 mindestens einen Typ des Objektiv 92 aus den Typen des optischen Beobachtungssystems 9 identifizieren, die zur Beobachtungseinheit 9a gehören, die über die Gehäuseverbindung 64 am optischen Analysesystem 7 befestigt ist, und kann eine Verarbeitung hinsichtlich der Erfassung der Probe SP basierend auf einem Ergebnis der Identifizierung ausführen. Hier kann der Typ des Objektivs 92 basierend auf einem Erfassungssignal des Objektivsensors Sw1 erkannt werden. Die Steuerung 21 kann beispielsweise die Einstellung der Belichtungszeit der zweiten Kamera 93, die Einstellung der Helligkeit des Beleuchtungslichts und dergleichen als die mit der Erfassung der Probe SP verbundene Verarbeitung durchführen.
Insbesondere umfasst die Steuerung 21 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie in 19 dargestellt eine Modusumschaltung 211, eine Spektrumserfassung 212, einen Spektrumanalysator 213, einen Bildprozessor 214, einen Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung und eine Beleuchtungssteuerung 216. Diese Elemente können durch eine logische Schaltung oder durch die Ausführung von Software implementiert werden.
-Modusumschaltung 211 -
Die Modusumschaltung 211 schaltet vom ersten Modus in den zweiten Modus oder vom zweiten Modus in den ersten Modus um, indem sie das optische Analysesystem 7 und das optische Beobachtungssystem 9 in der horizontalen Richtung (in der vorliegenden Ausführungsform der Richtung von vorne nach hinten) vor- und zurückschiebt.
Genauer gesagt liest die Modusumschaltung 211 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorab den Abstand zwischen der optischen Beobachtungsachse Ao und der optischen Analyseachse Aa, der vorab in der Speichervorrichtung 21b gespeichert wurde. Anschließend betätigt die Modusumschaltung 211 das Stellglied 65b des Verschiebemechanismus 65, um das optische Analysesystem 7 und das optische Beobachtungssystem 9 vor- und zurückzuschieben.
Hier vergleicht die Modusumschaltung 211 jede vom Bewegungsgrößensensor Sw2 erfasste Verschiebungsgröße des optischen Beobachtungssystems 9 und des optischen Analysesystems 7 mit der vorab gelesenen Entfernung und stellt fest, ob die erste Verschiebungsgröße die zweite Entfernung erreicht oder nicht. Dann wird die Vor- und Rückwärtsverschiebung des optischen Analysesystems 7 und des optischen Beobachtungssystems 9 zu einem Zeitpunkt gestoppt, zu dem die Verschiebungsgröße einen vorbestimmten Abstand erreicht. Man bemerke, dass der vorbestimmte Abstand vorab bestimmt werden kann, oder der vorbestimmte Abstand und der maximale Bewegungsbereich des Stellglieds 65b so aufgebaut sein können, dass sie übereinstimmen.
Man bemerke, dass der Kopf 6 auch gekippt werden kann, nachdem das Umschalten in den zweiten Modus durch die Modusumschaltung 211 erfolgt ist.
- Spektrumserfassung 212 -
Die Spektrumserfassung 212 sendet Laserlicht vom optischen Analysesystem 7 im ersten Modus aus, um ein Intensitätsverteilungsspektrum zu erfassen. Genauer gesagt emittiert die Spektrumserfassung 212 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Laserlicht (ultraviolettes Laserlicht) als primäre elektromagnetische Welle aus dem Emitter 71 für elektromagnetische Wellen und bestrahlt die Probe SP über das reflektierende Objektiv 74 mit dem Laserlicht. Wird die Probe SP mit dem Laserlicht bestrahlt, wird eine Oberfläche der Probe SP lokal in Plasma umgewandelt, und Licht (eine sekundäre elektromagnetische Welle) mit einer Energie, die einer Bandbreite zwischen Energieniveaus entspricht, wird von einem Elektron emittiert, wenn die Probe aus dem Plasmazustand wieder zu Gas oder dergleichen wird. Die auf diese Weise emittierte sekundäre elektromagnetische Welle geht durch das reflektierende Objektiv 74 zum optischen Analysesystem 7 zurück und erreicht die erste Kamera 81, den ersten Detektor 77A und den zweiten Detektor 77B.
Der Bildprozessor 214 erzeugt Bilddaten auf der Grundlage des zur ersten Kamera 81 zurückkehrenden Lichts. Außerdem streut bzw. erfasst die Spektrumserfassung 212 die Lichtempfangsmenge für jede Wellenlänge basierend auf dem zum ersten und zweiten Detektor 77A und 77B zurückkehrenden Licht, um das Intensitätsverteilungsspektrum zu erzeugen. Das von der Spektrumserfassung 212 erzeugte Intensitätsverteilungsspektrum wird in den Spektrumanalysator 213 eingegeben.
Man bemerke, dass die Spektrumserfassung 212 die Lichtempfangszeiten des ersten und zweiten Detektors 77A und 77B mit einer Emissionszeit des Laserlichts synchronisiert. Mit dieser Einstellung kann die Spektrumserfassung 212 das Intensitätsverteilungsspektrum passend zum Emissionszeitpunkt des Laserlichts erfassen.
- Spektrumanalysator 213 -
Der Spektrumsanalysator 213 führt die Komponentenanalyse der Probe SP auf der Grundlage des von der Spektrumserfassung 212 erzeugten Intensitätsverteilungsspektrums durch. Wie vorstehend beschrieben ist, wird beim LIBS-Verfahren die Oberfläche der Probe SP lokal in Plasma umgewandelt, und eine Peakwellenlänge des Lichts, das bei der Rückkehr aus dem Plasmazustand in ein Gas oder dergleichen emittiert wird, hat für jedes Element einen eindeutigen Wert (genauer gesagt, die Elektronenbahn eines an einen Atomkern gebundenen Elektrons). Daher ist es möglich zu bestimmen, dass ein Element, das einer Peakposition entspricht, eine Komponente ist, die in der Probe SP enthalten ist, indem die Peakposition des Intensitätsverteilungsspektrums identifiziert wird, und es ist auch möglich, Komponentenverhältnisse der jeweiligen Elemente zu bestimmen und die Zusammensetzung der Probe SP auf der Grundlage der bestimmten Komponentenverhältnisse zu schätzen, indem die Größen der Peaks (Höhen der Peaks bzw. Spitzen) verglichen werden.
Ein Analyseergebnis des Spektrumanalysators 213 kann auf dem Display 22 angezeigt oder in der Speichereinrichtung 21b in einem vorab festgelegten Format gespeichert werden.
-Bildprozessor 214-
Der Bildprozessor 214 kann einen Anzeigemodus auf der Anzeige 22 basierend auf Bilddaten (ersten Bilddaten 11, die später erläutert werden), die von der zweiten Kamera 93 im optischen Beobachtungssystem 9 erzeugt werden, Bilddaten (zweiten Bilddaten 12, die später erläutert werden), die von der ersten Kamera 81 im optischen Analysesystem 7 erzeugt werden, dem Analyseergebnis des Spektrumanalysators 213 und dergleichen steuern.
Insbesondere bewirkt der Bildprozessor 214 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, dass ein von der zweiten Kamera 93 erfasster Bereich (z.B. eine mittlere Position des Bereichs) und ein von der ersten Kamera 81 erfasster Bereich (z.B. eine mittlere Position des Bereichs) vor und nach dem Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus übereinstimmen. Der Bildprozessor 214 kann die Anzeigemodi der ersten und zweiten Kameras 81 und 93 und schließlich die ersten und zweiten Bilddaten I1 und 12, die von den Kameras 81 und 93 erzeugt werden, so einstellen, dass die jeweiligen Bereiche übereinstimmen.
Darüber hinaus kann der Bildprozessor 214 auch einen Index P1 anzeigen, der eine Bestrahlungsposition (allgemeiner gesagt, einen Bereich, der mit einer elektromagnetischen Welle bestrahlt wird) des Laserlichts in überlagerter Weise auf den zweiten Bilddaten I2 anzeigt, wie in den später erläuterten 26 und 27 dargestellt.
-Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung -
Beim Umschalten vom ersten Modus in den zweiten Modus oder beim Umschalten vom zweiten Modus in den ersten Modus speichert der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung Beleuchtungsbedingungen vor der Betriebsartumschaltung und stellt Beleuchtungsbedingungen nach der Betriebsartumschaltung basierend auf den gespeicherten Beleuchtungsbedingungen ein.
Insbesondere stellt der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Beleuchtungsbedingungen nach dem Umschalten so ein, dass Beleuchtungsbedingungen, auf die vor dem Umschalten Bezug genommen wurde, im ersten Modus Beleuchtungsbedingungen, die sich auf die Koaxialbeleuchtung 79 beziehen, sowie Beleuchtungsbedingungen, die sich auf die Seitenbeleuchtung 84 beziehen, vor und nach dem Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus reproduziert werden, und im zweiten Modus Beleuchtungsbedingungen, die sich auf die zweite Koaxialbeleuchtung 94 beziehen sowie Beleuchtungsbedingungen, die sich auf die zweite Seitenbeleuchtung 95 beziehen, vor und nach dem Umschalten zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus reproduziert werden.
Hier beziehen sich die Beleuchtungsbedingungen auf Steuerparameter für die erste Kamera 81, die Koaxialbeleuchtung 79 und die Seitenbeleuchtung 84, und auf Steuerparameter für die zweite Kamera 93, die zweite Koaxialbeleuchtung 94 und die zweite Seitenbeleuchtung 95. Zu den Beleuchtungsbedingungen gehören die Lichtmenge jedes Beleuchtungskörpers, der Beleuchtungszustand jedes Beleuchtungskörpers und dergleichen. Die Beleuchtungsbedingungen umfassen eine Vielzahl von Elementen, deren Einstellungen änderbar sind.
Zu den Steuerparametern, die sich auf die Lichtmenge jeder Beleuchtungseinrichtung beziehen, gehören eine Größe des durch die LED-Lichtquelle 79a fließenden Stroms, ein Zeitpunkt der Stromzufuhr, eine Einschaltzeit und dergleichen. Zum Beispiel kann die Lichtmenge der Koaxialbeleuchtung 79 durch die Größe des durch die LED-Lichtquelle 79a fließenden Stroms gesteuert werden. Zu den Steuerparametern gehören auch die jeweiligen Belichtungszeiten der ersten Kamera 81, der zweiten Kamera 93 und dergleichen.
Zu den Steuerparametern, die sich auf den Beleuchtungszustand jeder Beleuchtungseinrichtung beziehen, gehören beispielsweise Informationen, die angeben, welcher der Blöcke, die jeweils die Seitenbeleuchtung 84 und die zweite Seitenbeleuchtung 95 bilden, einzuschalten ist.
Der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung vergleicht eine derzeitige Beleuchtungsbedingung aus den Beleuchtungsbedingungen, die eine Vielzahl von Einstellungselementen umfassen, also ein Element, auf das vor der Modusumschaltung Bezug genommen wurde, mit einem Element, das nach der Modusumschaltung eingestellt werden kann, um ein gemeinsames Element zu extrahieren.
Der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung stellt Beleuchtungsbedingungen so ein, dass ein Inhalt der Einstellung vor der Modusumschaltung für das extrahierte gemeinsame Element verwendet wird, und speichert die Beleuchtungsbedingungen in der Speichereinrichtung 21b. Beispielsweise ist es möglich, einen Fall zu betrachten, in dem die zweite Seitenbeleuchtung 95 im zweiten Modus vor dem Umschalten verwendet wird und die Seitenbeleuchtung 84 im ersten Modus nach dem Umschalten vom zweiten Modus in den ersten Modus am Umschaltzeitpunkt verwendet wird. In diesem Fall speichert der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung die Lichtmenge der zweiten Seitenbeleuchtung 95 und einen Block, der vor dem Umschalten im zweiten Modus in den Beleuchtungszustand versetzt wurde, in der zweiten Seitenbeleuchtung 95, die die vier Blöcke umfasst. Der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung stellt Beleuchtungsbedingungen ein, die die Lichtmenge und den im Beleuchtungszustand bzw. leuchtenden Zustand eingestellten Block umfassen, und speichert die Beleuchtungsbedingungen in der Speichereinrichtung 21b.
Man bemerke, dass der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung derzeitige Beleuchtungsbedingungen einstellen kann, indem er eine anfängliche Einstellung der Beleuchtungsbedingungen liest oder Beleuchtungsbedingungen liest, die bei der vorherigen Nutzung verwendet wurden, wenn es ein Element gibt, das nur für eine der Beleuchtungsbedingungen vor und nach dem Umschalten in Frage kommt, wenn es z.B. ein Element gibt, das nur in einem Zustand nach dem Umschalten eingestellt werden kann und es schwierig ist, sich auf ein Element der Einstellungen vor dem Umschalten zu beziehen. Das heißt, Beleuchtungsbedingungen, auf die in den letzten Verwendungen Bezug genommen wurde, werden in der Speichervorrichtung 21b in der Reihenfolge der Verwendung gespeichert, und der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung kann ein Element einstellen, das unter den Beleuchtungsbedingungen basierend auf dem gespeicherten Inhalt nicht verwendbar ist.
Außerdem können die Beleuchtungsbedingungen manuell durch den Bedienabschnitt 3 nach der Modusumschaltung geändert werden.
Außerdem kann bei der anfänglichen Einstellung und Anpassung der Beleuchtungsbedingungen ein Durchlässigkeitsgrad für sichtbares Licht des optischen Elements des optischen Analysesystems 7, wie des spektroskopischen Elements 75 und der Abbildungslinse 80, durch das das von der Probe SP reflektierte Licht bei der Rückkehr zur ersten Kamera 81 durchgeht, eine Lichtempfangsempfindlichkeit des die erste Kamera 81 bildenden Bildgebungselements, ein Durchlässigkeitsgrad für sichtbares Licht des das optische Beobachtungssystem 9 bildenden optischen Elements, wie der Spiegelgruppe 91 sowie eine Lichtempfangsempfindlichkeit des die zweite Kamera 93 bildenden Abbildungselements berücksichtigt werden.
Außerdem können die Belichtungszeit der ersten Kamera 81 und die Belichtungszeit der zweiten Kamera 93 durch Einstellen der Lichtmenge der Beleuchtungseinrichtung angeglichen werden, um die Helligkeit der auf der Anzeige 22 dargestellten Bilddaten zum Zeitpunkt des Umschaltens vom ersten Modus in den zweiten Modus oder vom zweiten Modus in den ersten Modus konstant zu halten.
Folglich können die Bildfrequenzen der ersten Kamera 81 und der zweiten Kamera 93 aneinander angepasst werden. Man bemerke, dass die Helligkeit der Bilddaten konstant gehalten werden kann, indem beispielsweise das Produkt aus der Durchlässigkeit für sichtbares Licht und der Lichtempfangsempfindlichkeit, die jeweils zur ersten Kamera 81 und zur zweiten Kamera 93 gehören, konstant gehalten wird.
- Beleuchtungssteuerung 216 -
Die Beleuchtungssteuerung 216 liest die durch den Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung eingestellten Beleuchtungsbedingungen aus der Speichervorrichtung 21b und steuert die Koaxialbeleuchtung 79, die Seitenbeleuchtung 84, die zweite Koaxialbeleuchtung 94 oder die zweite Seitenbeleuchtung 95 so, dass sie die gelesenen Beleuchtungsbedingungen erzeugen. Mit dieser Steuerung können eine oder beide aus der Koaxialbeleuchtung 79 und der Seitenbeleuchtung 84 eingeschaltet sein, oder eine oder beide der zweiten Koaxialbeleuchtung 94 und der zweiten Seitenbeleuchtung 95 können eingeschaltet sein.
Die Beleuchtungssteuerung 216 schaltet außerdem im ersten Modus die gesamte Koaxialbeleuchtung 79 und die Seitenbeleuchtung 84 unabhängig vom Inhalt des Beleuchtungszustands vorübergehend aus, wenn Laserlicht emittiert wird.
Die Beleuchtungssteuerung 216 veranlasst außerdem die Speichervorrichtung 21b, die Beleuchtungsbedingungen zu speichern, die zum Zeitpunkt der Ausführung des Abschaltens vorliegt, bevor die Koaxialbeleuchtung 79 oder die Seitenbeleuchtung 84 abgeschaltet wird.
Die Beleuchtungssteuerung 216 löst das Abschalten der Koaxialbeleuchtung 79 und der Seitenbeleuchtung 84 zu einem Zeitpunkt aus, nachdem die Emission von Laserlicht abgeschlossen ist (z.B. zu einem Zeitpunkt vor und nach der Analyse durch den Spektrumanalysator 213). Zu diesem Zeitpunkt liest die Beleuchtungssteuerung 216 die Beleuchtungsbedingungen, die in der Speichervorrichtung 21b vor der Ausführung des Abschaltens gespeichert wurden, und gibt die Beleuchtungsbedingungen beim Einschalten der Koaxialbeleuchtung 79 oder der Seitenbeleuchtung 84 wieder.
< Konkretes Beispiel für den Programmablauf >
20 ist ein Ablaufplan, der einen grundlegenden Einsatz der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A veranschaulicht. Außerdem ist 21 ein Ablaufplan, der einen Vorgang zum Einstellen der Beleuchtungsbedingungen durch den Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung veranschaulicht, und 22 ist ein Ablaufplan, der einen Analysevorgang der Probe SP durch das optische Analysesystem 7 und einen Beleuchtungszustandssteuervorgang bzw. Vorgang zum Steuern des Beleuchtungszustands durch die Beleuchtungssteuerung 216 veranschaulicht. Außerdem ist 23 eine Ansicht, die einen Anzeigebildschirm der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A veranschaulicht.
Zunächst sucht das optische Beobachtungssystem 9 im zweiten Modus in Schritt S1 von 20 nach einem Analyten. In diesem Schritt S1 sucht die Steuerung 21 nach einem Abschnitt (Analyt), der durch das optische Analysesystem 7 aus Abschnitten der Probe SP zu analysieren ist, während sie die Bedingungen, wie die Belichtungszeit der zweiten Kamera 93 und die Helligkeit der Bilddaten (ersten Bilddaten 11), die durch die zweite Kamera 93 erzeugt werden, wie Beleuchtungslicht, das durch das optische Faserkabel C3 geführt wird, basierend auf einer Betätigungseingabe durch den Benutzer einstellt. Zu diesem Zeitpunkt speichert die Steuerung 21 die von der zweiten Kamera 93 erzeugten ersten Bilddaten 11, falls erforderlich.
Man bemerke, dass die Einstellung der Belichtungszeit der zweiten Kamera 93 und die Einstellung der Helligkeit des Beleuchtungslichts auch so konfiguriert sein können, dass sie automatisch von der Steuerung 21 basierend auf einem Erfassungssignal des Objektivsensors Sw1 ausgeführt werden, ohne dass eine Eingabe zur Betätigung durch den Benutzer erforderlich ist.
23 veranschaulicht den Anzeigebildschirm, wenn die auf der Ablagefläche 51a platzierte Probe SP im zweiten Modus von schräg oben aufgenommen wird. Wie in 23 dargestellt wird, ist eine Nut M1, die ein Zeichen „A“ anzeigt, auf einer oberen Fläche der Probe SP vorgesehen.
Außerdem zeigt 24 einen Anzeigebildschirm, wenn die Probe SP direkt von oben (θ = ± 0°) unter Verwendung der zweiten Seitenbeleuchtung 95 im zweiten Modus aufgenommen wird. In diesem Fall werden die ersten Bilddaten 11, die vom Bildprozessor 214 basierend auf einem Erfassungssignal der zweiten Kamera 93 erzeugt werden, auf dem Display 22 angezeigt.
Andererseits veranschaulicht 25 einen Anzeigebildschirm, wenn die Probe SP direkt von oben (θ = ± 0°) unter Verwendung der zweiten Koaxialbeleuchtung 94 im zweiten Modus erfasst wird. In diesem Fall werden die ersten Bilddaten 11, die vom Bildprozessor 214 basierend auf einem Erfassungssignal der zweiten Kamera 93 erzeugt werden, auf dem Display 22 angezeigt.
Wie in den 24 und 25 dargestellt ist, werden Bilder, bei denen der Hell-Dunkel-Kontrast der ersten Bilddaten I1 invertiert zu sein scheint, in einem Fall, in dem die zweite Seitenbeleuchtung 85 verwendet wird, und einem Fall erhalten, in dem die zweite Koaxialbeleuchtung 94 verwendet wird. Insbesondere in einem Fall, in dem die Probe SP z.B. eine einheitliche Oberfläche wie Metall besitzt, wird eine große Menge an Glanzlichtern als Reflexion von einer Metalloberfläche abgestrahlt. Wenn die zweite Koaxialbeleuchtung 94 verwendet wird, wird daher eine relativ große Menge an Reflexionslicht vom Objektiv 92 gesammelt, so dass man ein relativ helles Bild erhält. Andererseits wird bei Verwendung der zweiten Seitenbeleuchtung 85 für die vergleichbare Probe SP eine relativ geringe Menge an Glanzlichtern als Reflexion vom Objektiv 92 aufgefangen, so dass man ein relativ dunkles Bild erhält.
Da die Helligkeit und Abdunklung des Bildes je nach Art der Beleuchtungseinrichtung auf diese Weise verschieden ist, können sogar Informationen (z.B. ein Oberflächenzustand der Probe SP), die bei Nutzung der einen Beleuchtungseinrichtung schwer visuell zu erkennen sind, leicht visuell erkannt werden, wenn die andere Beleuchtungseinrichtung verwendet wird.
In den Beispielen, die in den 24 und 25 dargestellt sind, ändert sich beispielsweise nicht nur die Nut M1, sondern auch die Helligkeit und Dunkelheit einer winzigen unebenen Struktur, wie z.B. von Kratzern Sc1 und Sc2, die auf der Oberfläche der Probe SP vorhanden sind. In 24 ist es einfach, die Nut M1 visuell zu erkennen, aber es ist schwierig, die Kratzer Sc1 und Sc2 visuell zu erkennen. Darüber hinaus ist es auch schwierig, einen Kratzer Sc3 in 24 visuell zu erkennen. In 25 ist es dagegen schwierig, die Nut M1 visuell zu erkennen, aber es ist einfach, die Kratzer Sc1 und Sc2 visuell zu erkennen. Außerdem ist der Kratzer Sc3 in 25 deutlich visuell zu erkennen. Auf diese Weise kann der Benutzer den Oberflächenzustand der Probe SP besser erfassen, indem er die Beleuchtungseinrichtung passend zur Art der Probe SP wechselt.
Im anschließenden Schritt S2 empfängt die Steuerung 21 eine Anweisung zum Umschalten vom zweiten Modus in den ersten Modus basierend auf einer Betätigungseingabe durch den Benutzer. Zu diesem Zeitpunkt wird der Betrieb des Verschiebemechanismus 65 durch die Modusumschaltung 211 nicht ausgeführt.
Anschließend werden in Schritt S3 Beleuchtungsbedingungen durch den Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung eingestellt, bevor die Modusumschaltung ausgeführt wird. Die in Schritt S3 durchgeführte Verarbeitung ist in 21 dargestellt. Das heißt, der Schritt S3 in 20 umfasst die Schritte S31 bis S40 in 21.
Zunächst erfasst der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung in Schritt S31 der 21 jedes der Elemente, die aktuelle Beleuchtungsbedingungen bilden (die Beleuchtungsbedingungen, auf die man sich im zweiten Modus bezieht).
Im nachfolgenden Schritt S32 erfasst der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung ein im ersten Modus verfügbares Element aus den Elementen, die Beleuchtungsbedingungen bilden, auf die man sich im ersten Modus beziehen muss.
Im nachfolgenden Schritt S33 vergleicht der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung jedes Element der aktuellen Beleuchtungsbedingungen, die in Schritt S31 erfasst wurden, mit dem verfügbaren Element, das in Schritt S32 erfasst wurde, und extrahiert daraus ein beiden gemeinsames Element.
Im nachfolgenden Schritt S34 bestimmt der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung, ob ein gemeinsames Element in Schritt S33 extrahiert wurde oder nicht (ob es ein gemeinsames Element gibt), und fährt mit Schritt S35 fort, wenn das Urteil JA ist, oder fährt mit Schritt S36 fort, wenn das Urteil NEIN ist.
In Schritt S35 verwendet der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung die aktuellen Beleuchtungsbedingungen für das gemeinsame Element, das in Schritt S33 extrahiert wurde (das Element, das sowohl im ersten Modus als auch im zweiten Modus verwendet werden kann, wie z.B. einen Block, in dessen Richtung die Seitenbeleuchtung 84 und die zweite Seitenbeleuchtung 95 eingeschaltet werden soll), aus den Beleuchtungsbedingungen, die die Vielzahl von Elementen umfassen. Andererseits werden zuvor genutzte Einstellungen, Starteinstellungen und dergleichen für Elemente gelesen, die in Schritt S33 nicht extrahiert wurden (z. B. Einstellungen für Elemente, die nur für den ersten Modus gelten und sich auf den Aufbau des optischen Analysesystems 7 beziehen). Wenn die Einstellung jedes Elements abgeschlossen ist, geht der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung im Steuervorgang zu Schritt S39 weiter und veranlasst die Speichervorrichtung 21b, die eingestellten Beleuchtungsbedingungen als Beleuchtungsbedingungen für den ersten Modus zu speichern.
Andererseits bestimmt der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung in Schritt S36, ob die zuvor verwendeten Einstellungen vorliegen oder nicht, und geht zu Schritt S37, wenn das Urteil JA ist, und geht zu Schritt S38, wenn das Urteil NEIN ist. In Schritt S37 liest der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung die zuvor verwendeten Einstellungen als Beleuchtungsbedingungen, fährt mit Schritt S39 fort und veranlasst die Speichervorrichtung 21b, die gelesenen Beleuchtungsbedingungen als Beleuchtungsbedingungen für den ersten Modus zu speichern. Außerdem liest der Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung in Schritt S38 die Anfangseinstellungen als Beleuchtungsbedingungen, geht zu Schritt S39 und veranlasst die Speichervorrichtung 21b, die gelesenen Beleuchtungsbedingungen als die Beleuchtungsbedingungen für den ersten Modus zu speichern.
In dem auf Schritt S39 folgenden Schritt S40 schaltet die Beleuchtungssteuerung 216 eine Beleuchtung zur Beobachtung (die zweite Koaxialbeleuchtung 94 oder die zweite Seitenbeleuchtung 95) aus und beendet den in 21 dargestellten Ablauf. Danach geht der Steuervorgang von Schritt S3 zu Schritt S4 in 20.
In Schritt S4 betätigt die Modusumschaltung 211 den Verschiebemechanismus 65, um das optische Beobachtungssystem 9 und das optische Analysesystem 7 gemeinsam zu verschieben, so dass die Umschaltung aus dem zweiten Modus in den ersten Modus erfolgt.
Im nachfolgenden Schritt S5 werden die Belichtungssteuerung durch die Beleuchtungssteuerung 216 und die Komponentenanalyse der Probe SP durch die Spektrumserfassung 212 und den Spektrumanalysator 213 ausgeführt, nachdem die Modusumschaltung abgeschlossen ist. Die in Schritt S5 durchgeführte Verarbeitung ist in 22 dargestellt. Das heißt, der Schritt S5 in 20 umfasst die Schritte S51 bis S61 in 22.
Zunächst liest die Beleuchtungssteuerung 216 in Schritt S51 die durch den Abschnitt 215 zum Festlegen der Beleuchtung eingestellte Beleuchtungsbedingung aus der Speichervorrichtung 21b. Im darauffolgenden Schritt S52 schaltet die Beleuchtungssteuerung 216 eine Beleuchtungseinrichtung zur Analyse ein (die Koaxialbeleuchtung 79 oder die Seitenbeleuchtung 84), um so die in Schritt S51 gelesenen Beleuchtungsbedingungen wiederzugeben. Infolgedessen reproduzieren die jeweiligen Steuerparameter, die sich auf die Beleuchtungseinrichtung für die Analyse beziehen, wie z.B. die Belichtungszeit der ersten Kamera 81 und die Lichtmenge des von der LED-Lichtquelle 79a abgestrahlten Beleuchtungslichts, so weit wie möglich die Steuerparameter im zweiten Modus.
In der vorliegenden Ausführungsform hat das reflektierende Objektiv 74 zur Bauteilanalyse eine geringere Objekttiefe bzw. einen geringeren Abbildungsabstand bei der Beobachtung als das Objektiv 92 zur Beobachtung. Daher führt die Beleuchtungssteuerung 216 den Autofokus an jeder Position in den zweiten Bilddaten I2 aus und erzeugt in Schritt S53 im Anschluss an Schritt S52 ein Gesamtfokusbild bzw. ein Bild mit allem im Fokus.
Außerdem kann der Bildprozessor 214 in einem Fall, in dem die Vergrößerung des Objektiv 92 geringer ist als die des reflektierenden Objektivs 74, auf der Anzeige 22 nur die ersten Bilddaten 11, die zum Zeitpunkt des Umschaltens vom zweiten Modus in den ersten Modus gespeichert wurden, als ein dargestelltes Bild und einen beliebigen Punkt im dargestellten Bild, der erfasst wurde, als die zweiten Bilddaten I2 anzeigen.
25 veranschaulicht den Anzeigebildschirm, wenn die Probe SP im ersten Modus mit der Koaxialbeleuchtung 79 direkt von oben (θ = ± 0°) aufgenommen wird. In diesem Fall werden die vom Bildprozessor 214 basierend auf einem Erfassungssignal der ersten Kamera 81 erzeugten zweiten Bilddaten I2 auf der Anzeige 22 angezeigt.
Andererseits veranschaulicht 26 einen Anzeigebildschirm, wenn die Probe SP direkt von oben (θ = ±0°) unter Verwendung der Seitenbeleuchtung 84 im zweiten Modus aufgenommen wird. In diesem Fall werden die vom Bildprozessor 214 auf der Grundlage eines Erfassungssignals der ersten Kamera 81 erzeugten zweiten Bilddaten I2 auf der Anzeige 22 angezeigt.
Vergleicht man den Fall der Verwendung der Koaxialbeleuchtung 79 und den Fall der Verwendung der Seitenbeleuchtung 84, so erhält man wie beim Vergleich zwischen der zweiten Seitenbeleuchtung 95 und der zweiten Koaxialbeleuchtung 94 Bilder, die den Anschein erwecken, dass der Hell-Dunkel-Kontrast der zweiten Bilddaten I2 invertiert ist. Wie vorstehend erläutert wird, ändert sich nicht nur die Nut M1, sondern auch die Helligkeit und Dunkelheit der winzigen unebenen Strukturen, wie z. B. der Kratzer Sc1 und Sc2, die auf der Oberfläche der Probe SP vorhanden sind, durch die wahlweise Verwendung der beiden Arten von Beleuchtungen. Der Benutzer kann den Oberflächenzustand der Probe SP besser erfassen, indem er die Beleuchtungseinrichtung passend zum Typ der Probe SP wechselt.
Außerdem kann der Bildprozessor 214 auch eine Markierung P1, die eine Bestrahlungsposition des Laserlichts (Laserbestrahlungspunkt) anzeigt, in einer überlagernden Weise auf den zweiten Bilddaten I2 anzeigen. Die Markierung P1 zeigt die Ausrichtung des Laserlichts an. Der Benutzer kann durch Überprüfung der Position der Markierung P1 feststellen, ob ein Analyt richtig festgelegt ist oder nicht. Der Bildprozessor 214 kann veranlassen, dass der Steuerprozess auf der Grundlage einer Betätigungseingabe (z. B. einer manuellen Eingabe durch den Benutzer) fortgesetzt wird, die ein Ergebnis der Bestätigung anzeigt.
Wenn der Analyt nicht angemessen eingestellt ist, treibt der Kopf 6 in diesem Fall den Verschiebetisch-Antrieb 53 an, um eine Position des Verschiebetisch-Hauptkörpers 51 basierend auf z.B. einer Bedienungseingabe durch den Benutzer anzupassen. Folglich kann eine Relativposition der Probe SP relativ zur Markierung P1 korrigiert werden.
Im anschließenden Schritt S54 stellt die Steuerung 21 fest, ob eine Anweisung zur Laserlichtbestrahlung empfangen wurde oder nicht. Diese Bestimmung wird beispielsweise basierend auf einer vom Benutzer eingegebenen Betätigung durchgeführt. Bis diese Bestimmung JA lautet, wiederholt die Steuerung 21 den Schritt S54.
Im anschließenden Schritt S55 speichert der Bildprozessor 214 die zweiten Bilddaten I2 unmittelbar vor der Laserlichtbestrahlung in der Speichereinrichtung 21b. Im anschließenden Schritt S56 veranlasst die Beleuchtungssteuerung 216 die Speichervorrichtung 21b, einen Belichtungszustand einer Beleuchtungseinrichtung zu diesem Zeitpunkt zu speichern (Belichtungszustand zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor der Emission des Laserlichts). Im anschließenden Schritt S57 schaltet die Beleuchtungssteuerung 216 die Beleuchtungseinrichtung (die Koaxialbeleuchtung 79 oder die Seitenbeleuchtung 84) für die Analyse aus.
In Schritt S58 veranlasst dann die Spektrumserfassung 212 das optische Analysesystem 7, das Laserlicht auf die Probe SP abzustrahlen. In Schritt S58 empfangen der erste und der zweite Detektor 77A und 77B Licht (eine sekundäre elektromagnetische Welle), das aufgrund des auf der Probe SP auftretenden Plasmas emittiert wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Lichtempfangszeiten des ersten und zweiten Detektors 77A und 77B so eingestellt, dass sie mit einer Emissionszeit des Laserlichts synchronisiert sind. Die Spektrumserfassung 212 erfasst ein Intensitätsverteilungsspektrum passend zum Emissionszeitpunkt des Laserlichts.
Im anschließenden Schritt S59 schaltet die Beleuchtungssteuerung 216 die Beleuchtungseinrichtung zur Analyse ein (die Koaxialbeleuchtung 79 oder die Seitenbeleuchtung 84). Im anschließenden Schritt S60 liest die Beleuchtungssteuerung 216 in der Speichereinrichtung 21b gespeicherte Beleuchtungsbedingungen aus und steuert die zu analysierende Beleuchtungseinrichtung so, dass sie die Beleuchtungsbedingungen wiedergibt. Dadurch wird der Beleuchtungszustand unmittelbar vor der Emission des Laserlichts wiederhergestellt. Man bemerke, dass die Reihenfolge der Schritte S59 und S60 vertauscht oder beide Schritte gleichzeitig ausgeführt werden können.
Im anschließenden Schritt S61 analysiert der Spektrumanalysator 213 das Intensitätsverteilungsspektrum, um eine Analyse der Komponenten und der Komponentenverhältnisse der in der Probe SP enthaltenen Elemente und eine Materialabschätzung basierend auf den Komponentenverhältnissen durchzuführen. Ein Ergebnis der Materialabschätzung wird z.B. auf dem Display 22 angezeigt. Damit ist der Schritt S5 in 20 abgeschlossen, und der in 20 dargestellte Ablauf endet.
< Hauptmerkmale der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A >
(Merkmale, die zur Verbesserung der Messgenauigkeit beitragen)
Wie vorstehend erläutert wurde, überträgt der durchlässige Bereich 12a gemäß der vorliegenden Ausführungsform die primäre elektromagnetische Welle, die vom Emitter 71 für elektromagnetische Wellen emittiert und durch die Öffnung 11a geleitet wurde, um die primäre elektromagnetische Welle entlang der optischen Analyseachse Aa des reflektierenden Objektivs 74 zu emittieren, wie in den 8A und 14 dargestellt. Die Probe SP wird mit der primären elektromagnetischen Welle in einem Zustand bestrahlt, in dem sie koaxial zur optischen Analyseachse Aa verläuft. Dadurch kann die in der Probe SP erzeugte sekundäre elektromagnetische Welle so weit wie möglich durch den Hauptspiegel 11 aufgefangen werden. Infolgedessen kann die Intensität der sekundären elektromagnetischen Welle erhöht werden, die den ersten und zweiten Detektor 77A und 77B erreicht, und die Erfassungsgenauigkeit der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A kann verbessert werden.
Außerdem erreicht die vom reflektierenden Objektiv 74 gesammelte sekundäre elektromagnetische Welle den ersten oder zweiten Detektor 77A und 77B über den ersten oder zweiten Parabolspiegel 76A und 76B, wie in 7 dargestellt ist. Da die sekundäre elektromagnetische Welle auf diese Weise nur durch ein Reflexionssystem geleitet wird, ist es möglich, einen faserlosen Aufbau zu realisieren, der keine optische Faser erfordert. Infolgedessen wird ein Verlust der sekundären elektromagnetischen Welle so weit wie möglich unterdrückt, was im Hinblick auf die Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A von Vorteil ist.
Außerdem kann jede Verstärkung der sekundären elektromagnetischen Welle, die vom ersten und zweiten Detektor 77A und 77B empfangen wird, maximiert werden, indem die Fokuspositionen des ersten und zweiten Parabolspiegels 76A und 76B am Eintrittsschlitz 77a und 77b des ersten und zweiten Detektors 77A bzw. 77B ausgerichtet werden, wie in 7 dargestellt. Dies ist vorteilhaft, um die Erfassungsgenauigkeit der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A zu erhöhen.
Außerdem ist die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A dazu aufgebaut, den ersten Wellenlängenbereich auf der ultravioletten Seite, der aufgrund der Übertragung durch ein Glasmaterial wahrscheinlich verloren geht, zum ersten Detektor 77A zu leiten, ohne dass die Übertragung durch das spektroskopische Element 75, das hauptsächlich aus dem Glasmaterial besteht, erforderlich ist, und dazu, zu bewirken, dass der zweite Wellenlängenbereich auf der infraroten Seite, der weniger von dem Verlust betroffen ist als der erste Wellenlängenbereich, durch das spektroskopische Element 75 übertragen und zum zweiten Detektor 77B geleitet wird, wie in 7 dargestellt ist. Mit diesem Aufbau ist es möglich, die Erfassung durch die Vielzahl von Detektoren zu realisieren und gleichzeitig den Verlust der sekundären elektromagnetischen Welle so weit wie möglich zu verringern. Die Erfassung durch die Vielzahl von Detektoren trägt zur Verbesserung der Wellenlängenauflösung bei. Daher trägt ein solcher Aufbau aufgrund der Verringerung des Verlusts der sekundären elektromagnetischen Welle und der Verbesserung der Wellenlängenauflösung zur Verbesserung der Messgenauigkeit bei.
Außerdem reflektiert das Ablenkelement 73 die primäre elektromagnetische Welle mittels des reflektierenden Bereichs 731, um sie zum reflektierenden Objektiv 74 zu leiten, und lässt die sekundäre elektromagnetische Welle durch den hohlen Bereich 732 gehen, wie in 14 dargestellt ist. Der Verlust der sekundären elektromagnetischen Welle kann dadurch verringert werden, dass die sekundäre elektromagnetische Welle durch den hohlen Bereich 732 gehen kann. Daher ist ein solcher Aufbau vorteilhaft, um sowohl die koaxiale Einstellung der koaxialen primären elektromagnetischen Welle mittels des reflektierenden Bereichs 731 als auch die Verbesserung der Messgenauigkeit aufgrund der Unterdrückung der Verluste der sekundären elektromagnetischen Welle zu erzielen.
Außerdem kann man den reflektierenden Bereich 731 und den hohlen Bereich 732 gleichzeitig durch das einzige Ablenkelement 73 erhalten, wie in 12 dargestellt ist. Ein solcher Aufbau ist vorteilhaft, um sowohl die koaxiale Einstellung der koaxialen primären elektromagnetischen Welle durch den reflektierenden Bereich 731 als auch die Verbesserung der Messgenauigkeit aufgrund der Verringerung des Verlustes der sekundären elektromagnetischen Welle zu erreichen.
Außerdem kann die sekundäre elektromagnetische Welle, nachdem sie einen Bereich in der Nähe der ersten Stütze 73d durchlaufen hat, das Ablenkelement 73 durchlaufen, ohne durch die zweite Stütze 14b blockiert zu werden, wie in 14 dargestellt ist. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf die Verringerung des Verlustes der sekundären elektromagnetischen Welle und die Verbesserung der Messgenauigkeit der Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A.
Außerdem ist das Durchgangsloch 73b, das den hohlen Bereich 732 definiert, so ausgebildet, dass es sich entlang der optischen Analyseachse Aa des reflektierenden Objektivs 74 erstreckt, wie in 13 dargestellt ist. Ist das Durchgangsloch 73b auf diese Weise geformt, kann es so aufgebaut sein, dass es in einer Draufsicht rotationssymmetrisch ist (im dargestellten Beispiel mit drei Symmetriepositionen), wenn das Durchgangsloch 73b um einen vorgegebenen Winkel um die optische Analyseachse Aa gedreht wird. Dadurch ist es möglich, einen Abstand zwischen der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 73b und der den Hohlraum 732 durchlaufenden sekundären elektromagnetischen Welle sicherzustellen und gegenseitige Störungen zwischen dem Durchgangsloch 73b und der sekundären elektromagnetischen Welle zu verringern. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf die Verringerung des Verlustes der sekundären elektromagnetischen Welle und trägt zur Verbesserung der Messgenauigkeit bei.
Darüber hinaus ist nicht nur die primäre elektromagnetische Welle, sondern auch die optische Achse der ersten Kamera 81 so eingestellt, dass sie koaxial zum reflektierenden Objektiv 74 ist, wie in 7 dargestellt. Infolgedessen können die drei Funktionen, nämlich die Bestrahlung der Probe SP mit der primären elektromagnetischen Welle, das Sammeln der sekundären elektromagnetischen Welle von der Probe SP und das Erfassen der Probe SP durch die erste Kamera 81 durch das einzelne reflektierende Objektiv 74 implementiert werden, ohne einander zu behindern.
Des Weiteren ist die dünne optische Schicht 13b zwischen dem durchlässigen Bereich 12a und der Ablagefläche 51a angeordnet, und somit kann das Sammeln von Reflexionslicht mittels des durchlässigen Bereichs 12a unterdrückt werden, und Reflexionslicht kann nur durch die primäre Reflexionsfläche 11b und die sekundäre Reflexionsfläche 12b gesammelt werden. Infolgedessen wird die Möglichkeit unterdrückt, dass das Reflexionslicht in der ersten Kamera 81 doppelt erfasst wird, was im Hinblick auf die Verbesserung der Messgenauigkeit von Vorteil ist.
Darüber hinaus ist nicht nur die optische Achse der ersten Kamera 81, sondern auch die Koaxialbeleuchtung 79 so eingestellt, dass sie koaxial zum reflektierenden Objektiv 74 ist, wie in 7 dargestellt ist. Infolgedessen können vier Funktionen, nämlich die Bestrahlung der Probe SP mit der primären elektromagnetischen Welle, das Sammeln der sekundären elektromagnetischen Welle von der Probe SP, das Erfassen der Probe SP durch die erste Kamera 81 und die Bestrahlung der Probe SP mit dem Beleuchtungslicht durch das einzelne reflektierende Objektiv 74 implementiert werden, ohne einander zu behindern.
(Merkmale, die zur Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit beitragen)
Außerdem umfasst die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste Kamera 81 als die Kamera für die Analyse und umfasst die Seitenbeleuchtung 84, die den Analyten mit Beleuchtungslicht von schräg oben bestrahlt, wie es in den 8A und 8B dargestellt ist, als eine Beleuchtungseinrichtung, die für die Erfassung durch die erste Kamera 81 verwendet wird. Da die Seitenbeleuchtung 84 um das reflektierende Objektiv 74, das der Sammelkopf ist, angeordnet ist, ist es möglich, den Benutzer zu veranlassen, den Oberflächenzustand zu erfassen, der schwer zu erfassen ist, wenn eine andere Beleuchtungseinrichtung, z. B. eine Koaxialbeleuchtung, verwendet wird. Dadurch kann die Benutzerfreundlichkeit bei der Komponentenanalyse verbessert werden.
Weil die Seitenbeleuchtung 84 am äußeren Umfang des reflektierenden Objektivs 74 angeordnet ist, kann das Beleuchtungslicht über einen größeren Bereich abgestrahlt werden, ohne die kompakte Größe des reflektierenden Objektivs 74 zu beeinträchtigen. Infolgedessen werden Bilddaten mit hervorragender Sichtbarkeit erzeugt, und der Benutzer kann den Oberflächenzustand der Probe SP besser erfassen.
Außerdem kann die Seitenbeleuchtung 84 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Beleuchtungslicht so abstrahlen, dass es um die optische Analyseachse Aa des reflektierenden Objektivs 74 rotationssymmetrisch ist, wie es beispielsweise in 10 dargestellt ist. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf eine ausreichende Bestrahlung eines von der ersten Kamera 81 zu erfassenden Bereichs mit dem Beleuchtungslicht.
Außerdem kann das Beleuchtungslicht über einen größeren Bereich abgestrahlt werden, indem das Beleuchtungslicht über das Lichtleiterelement 84c abgestrahlt wird, wie in 8B dargestellt ist. Dadurch ist es möglich, das Auftreten von Vignettierungen bzw. Abschattungen zu unterdrücken, die wahrscheinlich durch den Sekundärspiegel 12, das zweite Stützbein 14b oder ähnliches verursacht werden. Da das Auftreten von Vignettierung unterdrückt wird, ist es möglich, das Auftreten von Schatten in Bilddaten zu unterdrücken. Infolgedessen werden Bilddaten mit besserer Sichtbarkeit erzeugt, und der Benutzer kann den Oberflächenzustand der Probe SP besser erfassen.
Außerdem wird die thermische Verbindung zwischen der LED-Lichtquelle 84b und dem Primärspiegel 11 und dem Sekundärspiegel 12 unterdrückt, indem der Aufbau genutzt wird, bei dem die Seitenbeleuchtung 84 und das reflektierende Objektiv 74 nicht direkt verbunden sind, wie in den 8A und 8B dargestellt ist. Dadurch ist es möglich, die thermische Beeinflussung des Primärspiegels 11 und des Sekundärspiegels 12 durch die Wärmeerzeugung der LED-Lichtquelle 84b zu unterdrücken. Da der thermische Einfluss auf den Primärspiegel 11 und den Sekundärspiegel 12 unterdrückt wird, kann eine Positionsverschiebung zwischen den beiden Spiegeln 11 und 12 unterdrückt werden. Dies ist vorteilhaft für die Sicherstellung der Genauigkeit der Komponentenanalyse durch die Steuerung 21.
Des Weiteren ist die LED-Lichtquelle 84b in Richtung der optischen Achse zwischen dem Primärspiegel 11 und dem Sekundärspiegel 12 angeordnet, wie in den 8A und 8B dargestellt, so dass verhindert werden kann, dass sich die LED-Lichtquelle 84b der Ablagefläche 51a mehr als nötig nähert. Folglich ist es möglich, den Bauraum für den Lichtleiter 84c in Richtung der optischen Achse ausreichend sicherzustellen. Weil die LED-Lichtquelle 84b dazu aufgebaut ist, nicht weiter als nötig von der Ablagefläche 51a entfernt zu sein, ist es zudem möglich, einen Kippwinkel, der durch die Seitenbeleuchtung 84 relativ zum reflektierenden Objektiv 74 gebildet wird, ausreichend sicherzustellen, ohne den Durchmesser der Seitenbeleuchtung 84 zu sehr zu vergrößern. Infolgedessen kann ein geeigneter Bereich mit dem Beleuchtungslicht bestrahlt werden, und es können Bilddaten mit ausgezeichneter Sichtbarkeit erzeugt werden. Dadurch kann der Benutzer den Oberflächenzustand der Probe SP besser erfassen.
Außerdem kann die Seitenbeleuchtung 84, die die Vielzahl von Blöcken umfasst, das Beleuchtungslicht aus verschiedenen Winkeln emittieren, indem die jeweiligen Blöcke einzeln eingeschaltet werden, wie in 10 dargestellt ist. Dadurch kann der Benutzer den Oberflächenzustand der Probe SP besser erfassen.
Darüber hinaus kann die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A gemäß der vorliegenden Ausführungsform selektiv zwei Arten von Beleuchtungsvorrichtungen mit unterschiedlichen Bestrahlungsrichtungen verwenden. Infolgedessen kann eine größere Vielfalt an Bilddaten erzeugt werden, was vorteilhaft ist, wenn es darum geht, dem Benutzer zu ermöglichen, den Oberflächenzustand der Probe SP zu erfassen.
Außerdem kann die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A die beiden Arten von Beleuchtungsvorrichtungen mit unterschiedlichen Bestrahlungsrichtungen nicht nur im optischen Analysesystem 7, sondern auch im optischen Beobachtungssystem 9 selektiv nutzen. Daher kann eine größere Vielfalt von Bilddaten erzeugt werden, was für den Benutzer vorteilhaft ist, um den Oberflächenzustand der Probe SP zu erfassen.
Darüber hinaus kann die Steuerung 21 als Prozessor Bilddaten unter möglichst gleichen Bedingungen zwischen der Beobachtung und der Analyse der Probe SP erzeugen, wie anhand der 21 und 22 beschrieben. Dadurch ist es möglich, zwischen den während der Beobachtung erzeugten Bilddaten (ersten Bilddaten 11) und den während der Analyse erzeugten Bilddaten (zweiten Bilddaten 12) zu wechseln, ohne den Benutzer Unbehaglichkeit verspüren zu lassen, was im Hinblick auf die Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit von Vorteil ist.
Außerdem ist die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A gemäß der vorliegenden Ausführungsform so aufgebaut, dass der Arbeitsabstand zwischen der Beobachtung und der Analyse der Probe SP konsistent ist. Dadurch können die Bilddaten zwischen der Beobachtung und der Analyse der Probe SP unter möglichst gleichen Bedingungen erzeugt werden. Dadurch ist es möglich, zwischen den während der Beobachtung erzeugten Bilddaten (erste Bilddaten 11) und den während der Analyse erzeugten Bilddaten (zweite Bilddaten 12) zu wechseln, ohne dass der Benutzer ein ungutes Gefühl verspürt, was im Hinblick auf die Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit von Vorteil ist.
«Andere Ausführungsformen»
(Modifizierung hinsichtlich des Hardwareaufbaus)
28 ist eine Ansicht von unten, die eine Modifizierung der Seitenbeleuchtung zeigt.
Obwohl die Seitenbeleuchtung 84 in der vorstehend erläuterten Ausführungsform als ringförmige Beleuchtung aufgebaut ist, die das ringförmige Beleuchtungslicht abstrahlen kann, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf einen solche Aufbau beschränkt. Die Seitenbeleuchtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine allgemeine Beleuchtungsvorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie das reflektierende Objektiv 74 umgibt, das den Sammelkopf darstellt, und die Probe SP mit Beleuchtungslicht von schräg oben bestrahlt. Das heißt, die Seitenbeleuchtung ist nicht auf die Seitenbeleuchtung 84 beschränkt, bei der es sich um die im oberen Teil von 28 dargestellte ringförmige Beleuchtungseinrichtung handelt, und eine im mittleren Teil der 28 dargestellte rechteckige Beleuchtungseinrichtung 84' kann als Seitenbeleuchtung genutzt werden, oder eine im unteren Teil von 28 dargestellte kreuzförmige Beleuchtungseinrichtung 84" kann als Seitenbeleuchtung genutzt werden.
Außerdem ist die vorstehend erläuterte Ausführungsform so aufgebaut, dass das Beobachtungsgehäuse 90 von der Außenfläche des Analysegehäuses 70 getragen wird, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf einen solchen Aufbau eingeschränkt. Das Beobachtungsgehäuse 90 oder die Beobachtungseinheit 9a kann von einer Innenfläche des Analysegehäuses 70 getragen werden. In diesem Fall ist das Beobachtungsgehäuse 90 oder die Beobachtungseinheit 9a ähnlich wie das optische Analysesystem 7 im Analysegehäuse 70 untergebracht.
Außerdem ist die vorstehend erläuterte Ausführungsform so aufgebaut, dass die optische Beobachtungsachse Ao und die optische Analyseachse Aa parallel zueinander verlaufen, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt. Das optische Analysesystem 7 und das optische Beobachtungssystem 9 können auch so angeordnet werden, dass die optische Beobachtungsachse Ao und die optische Analyseachse Aa zueinander verdreht bzw. windschief sind.
(Modifikation des Analyseverfahrens)
Obwohl die Analyse- und Beobachtungsvorrichtung A gemäß der vorstehend erläuterten Ausführungsform dazu aufgebaut ist, die Komponentenanalyse unter Verwendung des LIBS-Verfahrens durchzuführen, indem sie den Emitter 71 für elektromagnetische Wellen veranlasst, das Laserlicht als primäre elektromagnetische Welle zu emittieren, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt.
Beispielsweise kann Infrarotlicht als primäre elektromagnetische Welle verwendet werden, um eine Analyse durch Infrarotspektroskopie anstelle des LIBS-Verfahrens durchzuführen. Insbesondere kann die chemische Struktur eines Moleküls, das in einem Beobachtungsobjekt enthalten ist, durch Bestrahlung des Beobachtungsobjekts mit Infrarotlicht und Messung des durchgelassenen oder reflektierten Lichts (der sekundären elektromagnetischen Welle) analysiert werden. Monochromatisches Licht kann als elektromagnetische Welle verwendet werden, um eine Analyse mittels Raman-Spektroskopie durchzuführen, bei der physikalische Eigenschaften, wie z. B. die Kristallinität eines Beobachtungsobjekts, unter Nutzung von Raman-Streulicht untersucht werden, das durch Bestrahlung des Beobachtungsobjekts mit monochromatischem Licht erzeugt wird. Außerdem kann Licht im ultravioletten Bereich, im sichtbaren Bereich und im Infrarotbereich von etwa 180 bis 3000 nm als elektromagnetische Welle verwendet werden, um eine Analyse mittels Spektroskopie im Ultravioletten, Sichtbaren und im nahen Infrarot durchzuführen. Insbesondere kann eine qualitative und quantitative Analyse einer in einem Beobachtungsobjekt enthaltenen Zielkomponente durchgeführt werden, indem das Beobachtungsobjekt mit der elektromagnetischen Welle bestrahlt und das transmittierte oder reflektierte Licht gemessen wird. Darüber hinaus kann eine spektroskopische Analyse in einem Röntgenbereich durchgeführt werden, indem Röntgenstrahlen als elektromagnetische Wellen verwendet werden. Insbesondere kann eine Röntgenfluoreszenzanalyse durchgeführt werden, bei der ein Beobachtungsobjekt (Probe) mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird und die Elemente des Beobachtungsobjekts anhand der Energie und Intensität der fluoreszierenden Röntgenstrahlen analysiert werden, die durch die Bestrahlung erzeugt werden. Ein Elektronenstrahl kann anstelle der elektromagnetischen Welle verwendet werden, um eine Oberfläche eines Beobachtungsobjekts auf der Grundlage der Energie und Intensität der reflektierten Elektronen zu analysieren, die durch die Bestrahlung des Beobachtungsobjekts mit dem Elektronenstrahl erzeugt werden. Der Aufbau gemäß der vorliegenden Offenbarung ist auch auf einen Fall der Durchführung von Spektroskopie in der vorstehend erläuterten Analyse anwendbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020113569 A [0002, 0003, 0005]

Claims

Analysevorrichtung, die eine Komponentenanalyse eines Analyten durchführt, wobei die Analysevorrichtung Folgendes umfasst: einen Sender für elektromagnetische Wellen, der eine primäre elektromagnetische Welle zur Analyse des Analyten emittiert; ein reflektierendes Objektiv zum Sammeln einer sekundären elektromagnetischen Welle, die auf dem Analyten aufgrund der Emission der primären elektromagnetischen Welle erzeugt wird, mit: einem Primärspiegel mit einer Öffnung in einer radialen Mitte, der eine primäre Reflexionsfläche um die Öffnung herum aufweist, um die sekundäre elektromagnetische Welle zu reflektieren, und einem Sekundärspiegel, der eine Sekundärreflexionsfläche aufweist, um die von der primären Reflexionsfläche reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle zu empfangen und weiter zu reflektieren; einen Detektor, der die sekundäre elektromagnetische Welle aufnimmt, die auf dem Analyten erzeugt und vom reflektierenden Objektiv gesammelt wird, und ein Intensitätsverteilungsspektrum erzeugt, das eine Intensitätsverteilung für jede Wellenlänge der sekundären elektromagnetischen Welle ist; und einen Prozessor, der die Komponentenanalyse des Analyten auf der Grundlage des von dem Detektor erzeugten Intensitätsverteilungsspektrums durchführt, wobei die Sekundärreflexionsfläche an einem äußeren Rand des Sekundärspiegels vorgesehen ist und ein durchlässiger Bereich, durch den die primäre elektromagnetische Welle übertragen wird, in einer Mitte des Sekundärspiegels vorgesehen ist, und wobei der durchlässige Bereich dazu aufgebaut ist, die primäre elektromagnetische Welle entlang einer optischen Achse des reflektierenden Objektivs abzustrahlen, indem er die primäre elektromagnetische Welle durchlässt, die vom Sender für elektromagnetische Wellen emittiert wird und durch die Öffnung geht.
Analysevorrichtung nach Anspruch 1, weiter mit einem Parabolspiegel, der die vom reflektierenden Objektiv gesammelte sekundäre elektromagnetische Welle reflektiert, wobei der Parabolspiegel dazu aufgebaut ist, die vom Parabolspiegel reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle auf dem Detektor zu sammeln.
Analysevorrichtung nach Anspruch 1, weiter mit einem spektroskopischen Element, das aus einem Material hergestellt ist, das für einen zweiten Wellenlängenbereich, der zu einem Wellenlängenbereich gehört, der gleich groß wie oder größer als eine vorab festgelegte Wellenlänge ist, eine höhere Durchlässigkeit aufweist als für einen ersten Wellenlängenbereich, der zu einem Wellenlängenbereich gehört, der kleiner als die vorab festgelegte Wellenlänge ist, wobei das spektroskopische Element dazu aufgebaut ist, die vom reflektierenden Objektiv gesammelte sekundäre elektromagnetische Welle zu empfangen und die zum ersten Wellenlängenbereich passende sekundäre elektromagnetische Welle aus den sekundären elektromagnetischen Wellen zu reflektieren und die zum zweiten Wellenlängenbereich passende sekundäre elektromagnetische Welle aus den sekundären elektromagnetischen Wellen zu senden, und wobei der Detektor Folgendes umfasst: einen ersten Detektor, auf den die vom spektroskopischen Element reflektierte sekundäre elektromagnetische Welle fällt, und einen zweiten Detektor, auf den die durch das spektroskopische Element übertragene sekundäre elektromagnetische Welle fällt.
Analysevorrichtung nach Anspruch 1, weiter mit einem Ablenkelement, auf das die vom Sender für elektromagnetische Wellen abgestrahlte primäre elektromagnetische Welle fällt und das die primäre elektromagnetische Welle in einer optischen Achsenrichtung des reflektierenden Objektivs ablenkt, wobei das Ablenkelement Folgendes umfasst: einen reflektierenden Bereich, der so angeordnet ist, dass er dem durchlässigen Bereich so gegenüberliegt, dass er die primäre elektromagnetische Welle entlang der optischen Achsenrichtung des reflektierenden Objektivs reflektiert, und einen hohlen Bereich, der den Durchgang der vom reflektierenden Objektiv gesammelten sekundären elektromagnetischen Welle ermöglicht.
Analysevorrichtung nach Anspruch 4, weiter mit einem Analysegehäuse, in dem das Ablenkelement untergebracht ist, wobei das Ablenkelement Folgendes umfasst: einen plattenförmigen Elementträger, der am Analysegehäuse befestigt ist und ein Durchgangsloch aufweist, ein Spiegelelement, das in der Mitte des Durchgangslochs angeordnet ist und den Reflexionsbereich bildet, und eine erste Stütze, die radial von einer äußeren Seitenfläche des Spiegelelements wegführt und mit einer Innenseitenfläche des Durchgangslochs verbunden ist, und wobei der hohle Bereich durch die Innenseitenfläche des Durchgangslochs und die Außenseitenfläche des Spiegelelements definiert ist.
Analysevorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Sekundärspiegel mit dem Analysegehäuse über folgende Teile verbunden ist: einen ringförmigen Spiegelträger, der um die Sekundärreflexionsfläche angeordnet und am Analysegehäuse angebracht ist, und eine zweite Stütze, die sich radial von einem äußeren Rand der Sekundärreflexionsfläche erstreckt und mit einer Innenumfangsfläche des Spiegelträgers verbunden ist, und wobei die erste und die zweite Stütze so angeordnet sind, dass sie sich gegenseitig in der Richtung der optischen Achse des reflektierenden Objektivs gesehen überlappen.
Analysevorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Elementträger am Analysegehäuse in einer Stellung angebracht ist, in der eine Dickenrichtung relativ zur optischen Achsenrichtung des reflektierenden Objektivs geneigt ist, und das Durchgangsloch so ausgebildet ist, dass es in der Richtung der optischen Achse des reflektierenden Objektivs durch den Elementträger geht.
Analysevorrichtung nach Anspruch 1, weiter mit einer Kamera, die vom Analyten über das reflektierende Objektiv reflektiertes Reflexionslicht sammelt und eine Lichtempfangsmenge des gesammelten Reflexionslichts erfasst, wobei die Kamera das gesammelte Reflexionslicht über einen Strahlengang empfängt, den es mit demjenigen der vom reflektierenden Objektiv gesammelten sekundären elektromagnetischen Welle teilt.
Analysevorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine dünne optische Schicht, die das vom Analyten reflektierte Reflexionslicht blockiert, zwischen dem durchlässigen Bereich und einer Ablagefläche vorgesehen ist, auf der der Analyt anordnbar ist, und die Kamera das von der primären Reflexionsfläche und der Sekundärreflexionsfläche reflektierte Reflexionslicht empfängt.
Analysevorrichtung nach Anspruch 8, weiter mit einer Koaxialbeleuchtung, die den Analyten mit Beleuchtungslicht bestrahlt, wobei die Koaxialbeleuchtung das Beleuchtungslicht über einen Strahlengang aussendet, der koaxial zur primären elektromagnetischen Welle ist, die vom Emitter für elektromagnetische Wellen abgestrahlt wird.
Analysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Emitter für elektromagnetische Wellen unter Nutzung einer Laserlichtquelle aufgebaut ist, die Laserlicht als primäre elektromagnetische Welle abstrahlt, das reflektierende Objektiv Licht sammelt, das auf dem Analyten durch Bestrahlung mit dem vom Emitter für elektromagnetische Wellen abgestrahlten Laserlicht erzeugt wird, und der Detektor ein Intensitätsverteilungsspektrum erzeugt, das eine Intensitätsverteilung für jede Wellenlänge des auf dem Analyten erzeugten und vom reflektierenden Objektiv gesammelten Lichts ist.